ИНМИ РАН – 70 лет
НАУЧНЫЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ ИНМИ РАН ПО СОСТОЯНИЮ НА 2004 г.:

 

Лаборатория нефтяной микробиологии
Заведующий – д.б.н., профессор, Лауреат премии Правительства РФ
Беляев Сергей Семенович

В составе лаборатории гл. научн. сотр. – 1 (докт. наук), вед. научн. сотр. – 2 (докт. наук), ст. научн. сотр. – 1 (канд. наук), научн. сотр. – 4 (канд. наук – 3), мл. научн. сотр. – 4 (канд. наук – 3), инженеров – 2, аспирантов — 3.

Основные направления исследований:

• Исследование распространения и современной геохимической деятельности микроорганизмов в нефтяных месторождениях и выявление факторов, стимулирующих или угнетающих развитие этих организмов в подземных экосистемах;
• Изучение биологических и метаболических свойств микроорганизмов, субстратами или метаболитами которых являются нефтяные углеводороды, а также других микроорганизмов, обитающих в нефтяных месторождения;
• Разработка подходов к регуляции геохимической активности микроорганизмов в условиях нефтяного пласта и создание биотехнологий повышения нефтеизвлечения, а также биотехнологии очистки природных и техногенных экосистем и скважинного оборудования от нефтяных загрязнений.

Основные сведения о лаборатории:

Лаборатория нефтяной микробиологии организована 1 апреля 1996г. На должность заведующего лабораторией по итогам конкурса Ученым советом избран д.б.н. С.С.Беляев. Формирование нефтяной микробиологии, как отдельного направления геологической микробиологии, относится к 40-м годам прошлого столетия и связано с работами академика Б.Л. Исаченко («Микробиология на службе познания нефти», «Микроорганизмы с нижних границ биосферы в связи с генезисом нефти» и др.). Более активное развитие нефтяной микробиологии в Институте микробиологии началось в 50-е годы с приходом в Институт чл.-корр. АН СССР С.И. Кузнецова, в качестве заведующего лабораторией геологической деятельности микроорганизмов, а затем и его учеников: М.В. Иванова, Е.П. Розановой, Н.Н. Ляликовой, В.А. Кузнецовой и В.М. Горленко. Работы этого периода были обобщены в двух монографиях: «Введение в геологическую микробиологию» (Кузнецов С.И., Иванов М.В., Ляликова Н.Н., 1962) и «Микрофлора нефтяных месторождений» (Розанова Е.П., Кузнецов С.И., 1974). В этих монографиях были сформулированы закономерности распространения микроорганизмов в зависимости от типа водообмена или степени открытости нефтеносных структур; описан ряд таксономических и физиологических групп микроорганизмов, населяющих нефтяные пласты; изучена возможность современного бактериального образования метана в нефтегазоносных фациях района Среднего Поволжья. В.А. Кузнецовой впервые было установлено, что основная микрофлора, развивающаяся в разрабатываемых нефтяных месторождениях, попадает в пласт при применении технологии вторичного заводнения. В.М. Горленко и В.А. Кузнецова первыми предложили схему двустадийного преобразования нефти, согласно которой первичное воздействие на нефть оказывают аэробные углеводородокисляющие микроорганизмы, потребляющие кислород, поступающий с нагнетаемой водой. Продукты частичного окисления  нефти используются сульфатредуцирующей микрофлорой непосредственно в призабойной зоне нагнетательных скважин, откуда H₂S мигрирует с током воды по пласту к добывающим скважинам. Именно эти работы стимулировали развитие исследований микробных процессов в призабойных зонах нагнетательных скважин, которые в дальнейшем привели к созданию ряда новых микробных технологий повышения нефтеотдачи.

Основные направления исследований сотрудников лаборатории нефтяной микробиологии на современном этапе сформулированы выше. В них, безусловно, находят отражение традиционно сложившиеся подходы к исследованию проблем нефтяной микробиологии. Вместе с тем следует отметить и ряд новых возможностей. Обогатился комплекс методов, используемых для изучения микроорганизмов нефтяных месторождений и осуществляемых ими процессов. Наряду с микробиологическими  и химико-аналитическими методами в практике исследований нашли широкое применение радиоизотопные, молекулярно-биологические и стабильно-изотопные методы. Расширилась география полевых промысловых исследований: кроме нефтяных месторождений Татарстана, Азербайджана и Казахстана работы велись и ведутся на месторождениях Западной Сибири, Башкортостана, Вьетнама, Китая; существенно расширены работы на месторождениях Татарстана.

Изучены закономерности распространения микроорганизмов различных физиологических групп в разрабатываемых нефтяных месторождениях. Определены скорости и масштабы современной геохимической деятельности метанобразующих, сульфатредуцирующих, ацетогенных и, отчасти, метанокисляющих микроорганизмов в нефтяных пластах. Созданы коллекции чистых культур сульфатредуцирующих, метанобразующих, аэробных органотрофных, в том числе углеводородокисляющих микроорганизмов и культур с бродильным типом метаболизма, выделенных из нефтяных месторождений. Выполнены работы по изучению биологии, метаболизма и таксономии изолированных культур, ряд из которых описаны в качестве новых видов и родов — среди них: сульфатредукторы, метаногены, органотрофы и углеводородокисляющие. Получены важные результаты при изучении одновременного воздействия нескольких стрессорных факторов на рост и развитие микроорганизмов.

Разработана новая биотехнология повышения нефтеотдачи пластов, основанная на активизации деятельности микрофлоры нефтяного пласта и ее целенаправленной регуляции. Первым этапом реализации технологии является исследование современной геохимической деятельности микроорганизмов нефтяного месторождения, выбор участка на основе изучения истории разработки, геолого-физических и геохимических параметров нефтяного пласта, микробиологических данных и составление технологической схемы воздействия на пласт. Технология метода циклическая и состоит из двух последовательных этапов: первый — собственно активация аэробной углеводородокисляющей микрофлоры в призабойной зоне нагнетательной скважины, путем введения аэрированного раствора минеральных солей азота и фосфора (неорганическое питание). Результатом такой активации является образование продуктов биодеградации части остаточной нефти: жирных кислот, спиртов, поверхностно-активных соединений, биополимеров, двуокиси углерода и других, обладающих активными нефтевытесняющими свойствами. Второй этап — обычное заводнение в соответствии со схемой разработки данного участка месторождения, продвигающее выработанный на первом этапе комплекс нефтевытесняющих агентов к добывающим скважинам. Кроме того, на втором этапе, по мере биологического и химического потребления кислорода и создания анаэробной обстановки в пласте, часть низкомолекулярных органических продуктов метаболизма нефтяных углеводородов утилизируется метаногенами с образованием метана — также известного нефтевытесняющего агента.

Биотехнология рекомендована для нефтяных месторождений с терригенными коллекторами, с температурой до 40⁰ С, эксплуатирующихся с применением заводнения. Проведены успешные опытно-промышленные испытания в Татарстане, Башкортостане, Азербайджане и Западной Сибири. Полученные результаты позволили внедрить разработанную биотехнологию на месторождениях Татарстана, где к 2004 году получено около 600,0 тыс. тонн дополнительной нефти. Технологические затраты на 1 тонну дополнительной нефти составляют 5-10 долларов США, тогда как при использовании лучших американских технологий аналогичные затраты составляют около 14 USD.

 

Лаборатория гипертермофильных микробных сообществ
Заведующий – д.б.н. Бонч-Осмоловская Елизавета Александровна

В составе лаборатории ст. научн. сотр. – 2 (канд. наук), научн. сотр. – 3 (канд. наук ), мл. научн. сотр. – 2 ,  аспирантов — 4.

Основные направления исследований:

• биоразнообразие термофильных прокариот
• термофильные прокариоты с анаэробным дыханием
• анаэробное окисление СО термофильными прокариотами
• восстановление металлов и металлоидов термофильными прокариотами
• термостабильные ферменты
• молекулярная экология термофильных микробных сообществ

Основные сведения о лаборатории:

Лаборатория организована в мае 1996 г. из группы в составе Лаборатории микробных сообществ, руководимой академиком Г.А. Заварзиным.  В процессе ведения активной экспедиционной деятельности сотрудниками лаборатории были исс ледованы природные местообитания термофильных прокариот: наземные гидротермы Камчатки, Курильских островов, Байкала, Йеллоустоунского национального парка, глубоководные гидротермы Тихого и Атлантического океанов, высокотемпературные нефтяные месторождения Западной Сибири. Объектами исследования являлись лито- и органотрофные термофильные бактерии и археи, в том числе гипертермофилы с оптимальными температурами развития выше 100^оС. Сотрудниками лаборатории выделено и охарактеризовано значительное количество новых таксонов термофильных прокариот: новый порядок Nautiliales, сем. Nautiliaceae, роды Desulfurella, Hippea, Nautilia, Oceanithermus, Vulcanithermus, Caldithrix, Thermovenabulum, Thermosinus, Carboxydocella, Acidilobus, а также большое количество новых видов. Основное внимание уделяется водород-использующим литотрофам и анаэробным микроорганизмам с различными типами анаэробного дыхания: серо-, нитрат- и железоредукторам. Описана новая физиологическая группа микроорганизмов – термофильные анаэробные водород-образующие карбоксидотрофы. Исследуется способность термофильных прокариот к восстановлению токсичных металлов, металлоидов и радионуклидов. Очищены и охарактеризованы термостабильные ферменты, продуцируемые новыми термофильными прокариотами: фосфатаза из гипертермофильной археи Thermococcus pacificus, ДНК-полимераза из гипертермофильной архей Thermococcus ShAM, железоредуктаза из термофильной бактерии Thermoterrabacterium ferrireducens. Изучаются термофильные прокариоты с гидролитической активностью – продуценты термостабильных протеиназ, целлюлазы, агаразы. Разрабатываются молекулярно-биологические методы анализа термофильных микробных сообществ: ПЦР с праймерами, специфичными к 16рРНК, гибридизация со 16S рРНК-специфическими олигонуклеотидными зондами. Разработаны методы детекции и идентификации представителей царства Crenarchaeota, а также родов Thermoanaerobacter, Caldanaerobacter, Thermococcus, Desulfurococcus. Совместно с Институтом молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта создан биологический микрочип, позволяющий одновременно детектировать 15 родов термофильных прокариот.

 

Лаборатория экологии и геохимической деятельности микроорганизмов
Заведующий – д.б.н., профессор, член-корреспондент РАЕН, заслуженный деятель науки РФ,
лауреат Государственной премии СССР, лауреат премии им. С.Н. Виноградского
Горленко Владимир Михайлович

В составе лаборатории гл. научн. сотр. – 1 (докт. наук), вед. научн. сотр. – 1 (докт. наук), ст. научн. сотр. – 2 (докт. наук – 1, канд. наук — 1), научн. сотр. – 1 (канд. наук), мл. научн. сотр. – 3 (канд. наук), инженеров – 2, ст. лаборантов – 2, аспирантов — 1.

Основные направления исследований:

• исследование биоразнообразия и условий существования микроорганизмов, участвующих в превращении неорганических соединений серы и переменно-валентных металлов и др. элементов в естественных и искусственных водоемах;
• экология, физиолого-биохимические особенности и филогения микроорганизмов.

Основные сведения о лаборатории:

Отдел геологической деятельности микроорганизмов был организован со дня основания Института Б.Л. Исаченко. В 1945-87 гг. отдел возглавлял чл.-корр. АН СССР, проф. С.И. Кузнецов. За заслуги в развитии водной микробиологии С.И. Кузнецову в 1973 г. Международным обществом лимнологов была присуждена золотая медаль им. Науманна. За книгу «Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность» ему одному из первых присуждена премия АН СССР им. С.Н. Виноградского. Он был почетным членом общества лимнологов. В 1988 г. отдел возглавил чл.-корр. РАЕН, д.б.н., профессор В.М. Горленко. В 1990 г. отдел переименован в лабораторию экологии и геохимической деятельности микроорганизмов.

Сотрудниками лаборатории 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. Старшее поколение сотрудников, среди которых 4 доктора наук, являются прямыми учениками С.И. Кузнецова и крупнейшими специалистами в своей области: В.М. Горленко – в области изучения фототрофных бактерий, Г.А. Дубинина – бесцветных серобактерий и железобактерий, Д.Ю. Сорокин — сероокисляющих и денитрифицирующих бактерий, Н.Н. Медведева-Ляликова – бактерий, использующих переменновалентные металлы.

В результате многолетней работы выявлены основные закономерности функционирования аноксигенных фототрофных сообществ, в том числе  в экстремальных экосистемах. Дана количественная оценка роли фототрофных и некоторых хемотрофных бактерий в процессах круговорота углерода и серы в современных водоемах (1980-2003). Создана коллекция чистых культур хемотрофных и фотосинтезирующих бактерий (около 300 штаммов), которая служит базой для фундаментальных исследований и использования в биотехнологиях (1968-2003). Членами коллектива внесен крупный вклад в совершенствование систематики и таксономии группы фототрофных, сероокисляющих, железо- марганецокисляющих бактерий, бактерий, использующих переменновалентные элементы. Установлена роль микроорганизмов в миграции редких элементов — кадмия, таллия, селена и многих других (1970-2003). Открыт новый тип хемосинтеза, выделены и изучены бактерии, получающие энергию от окисления сурьмы (1972).

Фокус внимания исследований последних лет обращен на микроорганизмы и микробные сообщества, развивающиеся в экстремальных экосистемах (термальных источниках, содовых и гиперсоленых озерах, сульфидсодержащих морских и пресных водоемах, техногенных отходах). Из различных водоемов выделено и идентифицировано около пятидесяти новых видов бактерий, среди которых одно семейство и 19 новых родов (1994-2004). Физиологические группы бактерий, которыми изучаются сотрудниками лаборатории, практически не исследуются в других научных коллективах не только института, но и страны. Среди них фототрофные, сероокисляющие, железо- марганец окисляющие и редуцирующие бактерии, а также бактерии, восстанавливающие оксианионы тяжелых металлов, включая радионуклиды. Исследуются вопросы регуляции метаболизма и приспособительные и защитные механизмы, позволяющие бактериям существовать в “жестких” условиях. Среди новых бактерий обнаружены виды, осуществляющие неизвестные ранее процессы: окисления сурьмы, редукции ванадия и ряд других элементов. Открыта группа алкалофильных-содофильных, но не галофильных фототрофных бактерий. (1999-2003). В содовых озерах обнаружена новая группа облигатно автотрофных сероокисляющих бактерий, из них выделено и изучено более 100 штаммов, отнесенных к 3 новым родам и 13 видам (1998-2003). В настоящее время данные бактерии являются предметом углубленных физиолого-биохимических исследований. Кроме того, галоалкалофильные серобактерии представляют большой практический интерес для технологии очистки промышленных и природных газов высокого давления от сероводорода. Их использование прошло стадию лабораторных тестов (1998-2003) и в настоящий момент выходит на стадию пилотных испытаний. Принцип процесса защищен международным патентом. Исследованы механизмы устойчивости бесцветных бактерий к окислительному стрессу (1999-2003). 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 и его возможное применение для очистки низкоактивных радиоактивных отходов (1999-2003).

Результаты научных исследований сотрудников лаборатории отражены в ряде монографий: Кузнецов С.И., Иванов М.В., Ляликова Н.Н. «Введение в геологическую микробиологию» (1962), Кузнецов С.И. «Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность» (1970), Gorlenko V.M., Dubinina G.A., Kuznetsov S.I. «The ecology of aguatic microorganisms» (1983), Кузнецов С.И., Дубинина Г.А. «Методы изучения водных микроорганизмов» (1989), Нетрусов А.И., Бонч-Осмоловская Е.А., Горленко В.М., Иванов М.В., Каравайко Г.И., Кожевин П.А., Колотилова Н.Н., Котова И.Б., Максимов В.Н., Ножевникова А.Н., Семенов А.М., Турова Т.П., Юдина Т.Г. «Экология микроорганизмов» (2004).

 

Лаборатория микробиологии и биогеохимии водоемов
Заведующий – академик, Лауреат премии Правительства РФ
Иванов Михаил Владимирович

В составе лаборатории ст. научн. сотр. – 4 (докт. наук – 1, канд. наук — 3), научн. сотр. – 1 (канд. наук), мл. научн. сотр. – 4, инженеров – 1, ст. лаборантов – 1, аспирантов — 2.

Основные направления исследования:

• Геохимическая роль микроорганизмов круговорота углерода и серы в биосфере
• Фракционирование стабильных изотопов биогенных элементов при процессах микробного метаболизма
• Исследования способности микроорганизмов сохранять жизнеспособность после длительного анабиоза в условиях ледника

Основные сведения о лаборатории:

В 1996 году из отдела микробной биогеохимии и биогеотехнологии выделилась лаборатория микробиологии и биогеохимии водоемов под руководством академика РАН М.В. Иванова.

Работы, проводимые в этой лаборатории, продолжили цикл морских исследований, начатых под руководством М.В.Иванова в семидесятых годах сначала в Институте физиологии и биохимии микроорганизмов АН СССР, а с 1986 года  — в Институте микробиологии АН СССР.

Изучение геохимической активности микроорганизмов в Мировом океане проводилось по трем основным направлениям: роль микроорганизмов в круговороте углерода и серы в малоизученных морях Северного Ледовитого океана (Карское, Баренцево, Белое и Норвежское моря), изучение уникальной анаэробной зоны Черного моря, а также исследование роли микроорганизмов в окислении восстановленных газов (метан и сероводород) в местах их крупномасштабного выделения в водную толщу из горячих гидротермальных источников и холодных метановых сипов. Основное внимание было обращено на микробные процессы сульфатредукции, метаногенеза, аэробного и анаэробного окисления метана, а также на продукцию органического вещества микробным сообществом при фотосинтезе, хемосинтезе и окислении метана.

В ходе масштабной оценки активности микробиологических процессов циклов углерода и серы водной толщи и донных осадков различных климатических и географических зон океана установлено, что основным фактором, определяющим скорость микробиологических процессов, является доступность органического вещества. Скорости сульфатредукции, окисления и образования метана в поверхностных обогащенных органическим веществом осадках северной части Баренцева и Норвежского морей с температурой, не превышающей +1⁰С, были сопоставимы с интенсивностями этих процессов в мелководных осадках шельфа Черного и Балтийского морей, где даже в зимний период температура поверхностных отложений не опускается ниже +8⁰С.

Мелководные (до 50 м) осадки шельфа являются мощными источниками биогенных газов – метана и сероводорода, которые образуются в процессах микробного разложения органического вещества метанобразующими и сульфатредуцирующими микроорганизмами. В этих осадках окисленный слой, как правило, либо отсутствует, либо составляет не более 1-2 см, а скорость сульфатредукции в поверхностных горизонтах превышает 1 мг S / (дм³ ∙ сут). Основным лимитирующим фактором, определяющим интенсивность  сульфатредукции, является концентрация в поровых водах сульфат-иона. На примерах мелководных осадков Атлантического океана (дельта р. Конго, Намибийский апвеллинг), Черного, Балтийского, Азовского и Баренцева морей показана пространственная разобщенность процессов  сульфатредукции и метаногенеза в поверхностных осадках. Высокая скорость сульфатредукции с образованием сероводорода резко снижает окислительно-восстановительный потенциал осадков, что в сочетании с исчерпанием сульфат-иона в поровых водах приводит к снижению интенсивности сульфатредукции и активизации процессов бактериального образования метана.

Показано, что наряду с высокопродуктивными прибрежными зонами океана высокие скорости микробиологических процессов наблюдаются также в местах разгрузки газосодержащих флюидов на дне океана. В анаэробной зоне Черного моря на глубинах от 170 до 600-700 метров в местах выхода струй метана формируются арагонитовые карбонатные постройки, покрытые толстыми (до нескольких сантиметров толщиной) микробными обрастаниями. С использованием комплекса радиоизотопных, стабильноизотопных, микроскопических и молекулярно-биологических методов доказано, что основную роль в этом сообществе играют археи, по морфологическим признакам напоминающие метаногены рода Methanosaeta, которые окисляют метан по механизму, обратному реакции образования метана автотрофными метаногенами.

Детальные исследования глубоководных гидротерм и холодных метановых сипов с использованием глубоководных обитаемых аппаратов «Мир» выявили значительные сходства в структуре сообщества и механизмах использования энергии восстановленных соединений серы, метана и водорода, поступающих в составе флюидов в придонные слои океана. В зонах разгрузки подводных гидротерм ключевую роль в образовании органического вещества играет микробная продукция на водороде и восстановленных соединениях серы. В ходе масштабных исследований гидротермальных полей Тихого и Атлантического океанов показано, что суммарная микробная продукция сопоставима с продукцией органического вещества в фотической зоне. Наряду со свободноживущими хемоавтотрофными микроорганизмами, на гидротермальных полях Тихого и Атлантического океана, а также в зоне разгрузки глубоководных метановых сипов (грязевой вулкан Хакон Мосби, Норвежское море) выявлены животные, способные использовать энергию восстановленных соединений серы и метана за счет присутствия внутри клеток их тканей бактериальных хемоавтотрофных и метанотрофных эндосимбионтов. В жаберных тканях гастропод, собранных на гидротермальных полях Манус и Лау (Тихий океан) впервые доказано одновременное присутствие двух типов бактериальных эндосимбионтов – метанокисляющих и хемоавтотрофных тионовых бактерий. У креветок – брезелеид, наиболее массовых животных гидротермальных полей Срединно-Атлантического хребта, обнаружен и исследован новый тип симбиоза – экзосимбиоз, позволяющий креветкам питаться биомассой бесцветных нитчатых серобактерий (предположительно рода Thiotrix), плотным чехлом покрывающих их ротовые конечности и внутреннюю поверхность карапакса. Метанокисляющие и тионовые бактерии-эндосимбионты обнаружены также и в тканях трубчатых червей погонофор, образующих массовые скопления в зоне разгрузки газовых флюидов на грязевом вулкане Хаакон Мосби в Норвежском море.

Значительных успехов коллектив лаборатории добился при исследовании процессов цикла метана в Черном море. В период с 1980 по 2003 гг. сотрудники лаборатории приняли участие более чем в 20-ти черноморских экспедициях, где наряду с циклом серы исследовали также роль микроорганизмов в биогеохимическом цикле метана. Это позволило впервые составить представление о закономерностях распределения метана по акватории Черного моря и дать оценку его суммарного содержания в анаэробной зоне моря. Расчеты показали, что общее содержание метана, растворенного в анаэробной зоне водной толщи Черного моря (глубже 200 м) составляет 45,18 х 10¹¹моля или 72,3 Тг. Наряду с определением содержания метана в лаборатории накоплен большой экспериментальный материал по количественной оценке скорости его микробного образования и окисления в водной толще и донных осадках. Согласно расчетам, баланс метана, основанный только на учете его микробиологических процессов образования и окисления в водной толще и современных осадках, не сходится как минимум на 14,8 х 10¹⁰ молей. Видимо эта разница покрывается метаном, поступающим из позднеплейстоценовых и новоэксинских осадков, подстилающих сравнительно маломощные (25-30 см) современные осадки. Таким образом, баланс метана в анаэробной системе Черного определяется многими факторами биогенной и абиогенной природы, наиболее важными из которых являются процессы микробного образования и окисления метана в водной толще и донных осадках, потоки метана из грязевых вулканов и сипов, а также разнонаправленные потоки метана из зон современных процессов отложения и разрушения кристаллогидратов метана.

В последние несколько лет наряду с изучением морских экосистем значительное внимание уделялось исследованию микробного сообщества, развивающегося на границе окисленных и восстановленных вод в меромиктических озерах различной степени солености. На примере солоноватых озер Хакасии и озера Могильного показано, что в зоне массового развития аноксигенных фототрофных бактерий в верхней части сероводородной зоны заметно изменен изотопный состав углерода (величина δ ¹³С) суммарного органического вещества и растворенного минерального углерода. Кроме непосредственно полевых исследований сотрудниками лаборатории проводится изучение закономерностей фракционирования изотопов углерода и серы чистыми культурами автотрофных микроорганизмов различных физиологических групп – ацетогенными, аноксигенными фототрофными, сульфатредуцирующими и тионовыми бактериями.

За период с 1986 года в лаборатории защищено 2 докторские, 1 кандидатская диссертации, подготовлены к защите 3  кандидатских и 1 докторская диссертации.

 

Лаборатория хемолитотрофных микроорганизмов
Заведующий —  д.б.н. профессор, член-корреспондент РАН
Каравайко Григорий Иванович 

В составе лаборатории: вед. науч. сотр. – 1 (докт. наук), ст. научн. сотр. – 3 (канд. наук), научн. сотр. – 2 (канд. наук), мл. научн. сотр. – 3 (канд. наук — 1), инженеров – 1.

Основные направления исследований:

• Изучение биоразнообразия хемолитотрофных микроорганизмов в экстремальных ацидофильных природных и техногенных условиях;
• Изучение адаптивной микроэволюции хемолитотрофных бактерий;
• Биотехнология переработки твердых полезных ископаемых и концентратов.

Основные сведения о лаборатории

Лаборатория была организована в 1982 г. на основе группы, руководимой д.б.н. Г.И.Каравайко, ныне чл.-корр. РАН. Основными задачами лаборатории являются изучение биоразнообразия, физиологии, цитологии, биохимии, генетики и экологии хемолитотрофных микроорганизмов, окисляющих Fe²⁺, S^2-/S^o, сульфидные минералы, а также NH⁺₄ и NO^—₂ и разработка научных основ биотехнологии переработки руд и концентратов, содержащих цветные и благородные металлы.

К основным результатам лаборатории относятся следующие.

Описан род Sulfobacillus умеренно-термофильных хемолитотрофных бактерий, и 3 вида:  S. thermosulfidooxidans, S. thermosulfidooxidans subsp. asporogenes и S. sibiricus. Это грамположительные ацидофильные спорообразующие бактерии, окисляющие Fe²⁺, S^2-/S^o и сульфидные минералы при температуре 20-60^оС (оптимум 50-55^оС). Изучены углеродный и серный метаболизм у этих бактерий и доказан миксотрофный  тип питания. На основании секвенирования гена 16S pPHK и изучения липидного состава клеток сульфобацилл впервые показано их филогенетическое родство с алициклобациллами.

Описана промежуточная форма между родами Sulfobacillus и Alicyclobacillus – Alicyclobacillus tolerans, нуждающийся в минеральных донорах электронов (Fe²⁺, S^o) для органотрофного роста. Эти бактерии обладают замкнутым циклом трикарбоновых кислот в отличие от сульфобацилл, у которых, как и у автотрофных ацидитиобацилл, этот цикл разомкнут из-за отсутствия 2-оксоглутаратдегидрогеназы. Впервые описана грамотрицательная термофильная бактерия Leptospirillum thermoferrooxidans (до 50^оС), окисляющая Fe²⁺ и FeS₂.

Из архей описан род Sulfurococcus и два вида: S.mirabilis (окисляет S^o) и S. yellowstonensis (окисляет Fe²⁺, S^2-/S^o и сульфидные минералы), растущие при температуре 40-80^оС и рН 1,0-4,5.

Описано новое семейство  архей порядка Thermoplasmales – Ferroplasmaceae, род Ferroplasma и вид F.acidiphilum. Это лишенные клеточной стенки, мезофильные (20-45^oC), ацидофильные автотрофные археи окисляющие Fe²⁺ и FeS₂. Это новая ветвь эволюции архей и занимает филогенетическую позицию между родами Picrophilus и Thermoplasma. Изучено разнообразие штаммов бактерий рода Acidithiobacillus (A. ferrooxidans и A. thiooxidans), выделенных из различных типов руд и окисляющих Fe²⁺, S^2-/S^o и сульфидные минералы и S^2-/S^o соответственно при рН 0,5 – 5,0 и температуре 30–35^оС. Таким образом, создана коллекция уникальных хемолитотрофных микроорганизмов, важных для познания круговорота химических элементов в природе и обеспечивающих биогидрометаллургические  процессы в широком температурном диапазоне. Изучаются пути их серного и углеродного метаболизма.

Развито новое направление исследований – изучение изменчивости хемолитотрофных   микроорганизмов.   На   основе   анализа  структуры  хромосомной  ДНК методом пульс-электрофореза, плазмидных  профилей,  нуклеотидных  последовательностей 16S рДНК показано, что при адаптации ацидофильных хемолитотрофов к новым энергетическим субстратам происходят изменения в структуре хромосомной ДНК, которые в случае их необратимости приводят к возникновению новых штаммов с новыми фенотипическими характеристиками. Это свидетельствует о протекании микроэволюционных процессов, происходящих в различных экологических нишах. То, что необратимые изменения в структуре хромосомной ДНК является следствием процессов, приводящих к штаммовому полиморфизму, позволило предположить роль IS-элементов и плазмид в изменчивости A. ferrooxidans. У ряда штаммов выделены и изучены IS-элементы. Два из них принадлежат к известным IS-элементам из семейства IS Afe1 и IS T2. Третий IS-элемент был выделен и охарактеризован впервые. Показаны изменения в локализации и копийности  IS-элементов, а также числа и состава плазмид при адаптации к новым энергетическим субстратам. Изучается влияние физических и химических свойств окисляемых субстратов на фенотипическую и генотипическую изменчивость хемолитотрофов. Показано, что при бактериальном окислении пиритов изменяются величины термоЭДС и сопротивления. Впервые показано, что изменения в структуре хромосомной ДНК и плазмидных профилях зависят от физических, кристаллохимических и электрофизических свойств минералов.

Впервые у хемолитотрофов, окисляющих Fe²⁺, S^2-/S^o и сульфидные минералы изучены поверхностные структуры, обнаружены мембранные структуры различных типов. Показана важная функциональная роль периплазматического постранства как в образовании серы при окислении S₂O₃^2-, так и в первичных этапах окисления элементной серы. Она растворяется экзолипидами и поступает в периплазматическое пространство, где и окисляется. Обнаружены поверхностные мембранные структуры, содержащие коллоидную серу. Впервые доказана электрохимическая природа бактериального окисления сульфидных минералов, что является существенным вкладом в развитие биоэлектрохимии. Внесен существенный вклад в развитие микробной минералогии. Впервые показана зависимость бактериального окисления сульфидных минералов от их кристаллохимических особенностей. Прежде всего, важным является наличие катионного или анионного дефицита в их составе, обеспечивающего характер положительной (дырочной) или отрицательной (электронной) проводимости, величину энергии выхода электронов из кристаллической структуры (положение уровня Ферми), а также величину электрохимического и электродного потенциала. Эти работы легли в основу биогидрометаллургических схем переработки сложных концентратов, содержащих олово, золото, серебро, медь, цинк.

Изучены микробиологические и минералогические аспекты микробной деструкции силикатных минералов – носителей таких элементов как литий, бериллий и др., а также образования минералов железа и кристаллов золота и серебра. Изучена геохимическая деятельность хемолитотрофных микроорганизмов в рудных месторождениях, с которой связаны крупномасштабные процессы образования серной кислоты и выщелачивания цветных металлов. Эти работы легли в основу разработки путей управления микробиологическими окислительными процессами при кучном и подземном выщелачивании меди и урана.

Фундаментальные исследования хемолитотрофных микроорганизмов, механизмов и условий окисления сульфидных минералов в плотных пульпах позволили  совместно с Московским Институтом стали и сплавов и Центральным научно-исследовательским геолого-разведовательным институтом цветных и благородных металлов впервые разработать ряд биогидрометаллургических технологий переработки сложных руд и концентратов в реакторах. Биогидрометаллургическая технология переработки золото-мышьяковых концентратов реализована ЗДК «Полюс» в Красноярском крае на Олимпиадинском месторождении. Добыча золота составляет 1 т в месяц.  Проводятся испытания биогидрометаллургической технологии переработки других типов золото-серебро-мышьяковых концентратов, медно-никелевых руд и медно-цинковых промпродуктов.

По тематике лаборатории опубликовано около 300 научных статей в отечественных и зарубежных журналах, ряд обзоров и получено 20 авторских свидетельств и 10 патентов.

В опубликованных  монографиях, учебниках и практических руководствах освещены проблемы физиологии, биохимии, экологии и геохимической деятельности хемолитотрофов и их использования в биогидрометаллургии:

Г.А.Соколова, Г.И.Каравайко «Физиология и геохимическая деятельность тионовых бактерий» (1964; G.A. Sokolova and G.I.Karavaiko. Physiology and Geochemical Activity of Thiobacilli. Israel Progr. for Sci. Translations, Jerusalem. 1968);                                                                       Каравайко Г.И., Кузнецов С.И., Голомзик А.И. «Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд» (1972; G.I. Karavaiko, S.I. Kuznetsov and A.I.Golomzik. The Bacterial Leaching of Metals from Ores». Technicopy Ltd., 1977); Каравайко  Г.И., Грудев   С.Н.  (Ред.)  «Биогеотехнология  металлов» (1985; Karavaiko   G.I. and   Groudev  S.N.  (Sci Eds.).  Biogeotechnology  of  Metals, 1985); Каравайко Г.И., Дж. Росси, А.Агате, С.Н. Грудев, З.А. Авакян (Науч. ред.). Биогеотехнология металлов. Практическое руководство (1989; Karavaiko G.I., Rossi G., Agate A.D., Groudev S.N., Z.A.Avakyan (Sci. Eds). Biogeotechnology of Metals, 1989); Karavaiko G.I., Rossi G., Z.A.Avakyan (Sci. Eds). Biohydrometallurgy (1990); Barrett J., Hughes M.N., Karavaiko G.I. and Spencer P.A.. Metal Extraction by Bacterial Oxidation of Minerals. Ellis Horwood (1993); Г.И.Каравайко: В учебнике «Экология микроорганизмов» под ред. А.И. Нетрусова (2004).

 

Лаборатория вирусов микроорганизмов
Заведующий – к.б.н. Летаров Андрей Викторович

Основные направления исследований:

• Эволюция и морфогенез бактериофагов
• Экология бактериофагов в естественных микробных сообществах;
• Разнообразие бактериофагов;
• Вирусы бактерий и биотехнология

Основные сведения о лаборатории:

Лаборатория вирусов микроорганизмов была организована 7 июля 2003 г. при реорганизации лаборатории вирусологии. В лаборатории проводятся работы по теме «Модульные перестановки белковых доменов и проблема фолдинга у дистантных гомологов фибритина бактериофага Т4 — модельная система для изучения эволюции вирусных фибриллярных белков». Фибриллярные белки адсорбционного аппарата бактериофагов являются одним из наиболее эволюционно пластичных компонентов этих вирусов. Их мозаичная организация отражает высокую активность процессов обмена модулями в процессе эволюции, а также динамику смены круга хозяев фагов и их приспособления к меняющейся экологической ситуации. Фибритин фага Т4 детально охарактеризован в структурном и в функциональном отношении, изучены пути его фолдинга, разработаны различные экспериментальные подходы, упрощающие характеристику различных мутантных форм и химерных конструкций на его основе. Нами определена последовательность нескольких гомологов фибритина из фагов отдалённо-родственных Т4. У этих белков наблюдаются модульные замены C-концевых доменов, ответственных за инициацию фолдинга и, в то же время, вероятно, за белок — белковые взаимодействия с длинными хвостовыми фибриллами (ДХФ). Требование бифункциональности  существенно ограничивает возможное число таких модулей в геномах фагов и их хозяев, кроме того, их замена  требует скоординированной замены участка  ДХФ, взаимодействующего с фибритином. Поэтому наблюдаемое разнообразие таких модулей и относительно высокая частота их замен  представляют собой эволюционную загадку. Уточнение структурной организации гомологов фибритина, являющихся природными химерными белками, выявление факторов, ограничивающих совместимость модулей, в особенности связанных с нарушениями фолдинга, а также выяснение происхождения хотя бы некоторых из обнаруженных альтернативных доменов очень важно для углубления понимания эволюции фибриллярных структурных белков бактериофагов и других организмов.

В ближайшей перспективе  планируется расширить научный коллектив и развернуть работы по изучению экологической значимости молекулярных сенсоров окружающей среды у бактериофагов, а также по изучению экологических эффектов вирусов бактерий в водных экосистемах. Совместно с другими лабораториями института лаборатория Вирусов микроорганизмов будет решать задачи по исследованию бактериофагов отдельных физиологических и систематических групп бактерий.

В лаборатории проводятся биотехнологические исследования, связанные с применением технологии фагового дисплея для поиска ингибиторов некоторых ферментов, а также для создания диагностических тест-систем. В дальнейшем планируется существенно расширить спектр решаемых технологических задач.

 

Лаборатория микробиологии антропогенных  мест обитания
Заведующий – д.б.н. Ножевникова Алла Николаевна

В составе лаборатории и.о. ст. научн. сотр. – 1 (канд. наук), научн. сотр. – 4 (канд. наук — 3), мл. научн. сотр. – 2 (канд. наук — 1).

Основные направления исследования:

• Образование, окисление и эмиссия метана в природных и антропогенных экосистемах
• Микробиология метанового цикла при температурах окружающей среды
• Выделение микроорганизмов метанового цикла из антропогенных и природных мест обитания и их идентификация

Основные сведения о лаборатории:

Лаборатория микробных сообществ антропогенных мест обитания была организована в рамках отдела микробных сообществ, возглавляемого академиком РАН Г.А.Заварзиным, в 1996 г. Лаборатория была сформирована на основе группы, возглавляемой д.б.н. А.Н.Ножевниковой, приоритетным направлением которой было изучение анаэробных сообществ и микроорганизмов антропогенных мест обитания, таких, как системы очистки сточных вод городов,  сельскохозяйственных и промышленных предприятий;  иловые чеки;  полигоны захоронения твердых бытовых отходов; осадки загрязненных водоемов.  В 2001 г. лаборатория была выведена из состава отдела и переименована в лабораторию микробиологии антропогенных мест обитания. Последние годы научная тематика лаборатории фокусируется на изучении микробных сообществ, осуществляющих деградацию органических веществ с образованием метана  в природных и антропогенных экосистемах при различных условиях внешней среды, а также его окисление и эмиссию. Сотрудниками лаборатории опубликованы 4 монографии, в том числе: Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Смагина М.В., Глаголев М.В., Шевченко Е.М., Хайдапова Д.Д., Губер А.К. Моделирование динамики органического вещества почв (2001) и Ножевникова А.Н. Микробные процессы в биотехнологии окружающей среды (2004 — учебник «Экология микроорганизмов», ред. Нетрусов А.И.).

Исследование холодных местоотбитаний (болота, осадки глубоководных озер) позволило показать, что осадки глубоководных озер, находящиеся постоянно при температуре +5^оС, являются естественным хранилищем разнообразных бактерий, включая психрофильные и термофильные. Из озерных осадков выделены психрофильное (5^оС), субмезофильное (15^оС), мезофильное (30^оС) и термофильное (50^оС) метаногенные сообщества. Сравнительное исследование этих сообществ микробиологическими и молекулярно-биологическими методами впервые позволило получить бесспорные доказательства существования в озерных осадках специфического психрофильного метаногенного микробного сообщества, отличного от мезофильного и тем более термофильного сообществ. Показано, что в этих сообществах терминальные пути образования метана различны: в мезофильном сообществе порядка 70% метана образуется из ацетата и 30% из водорода, что соответствует классической схеме; в психрофильном сообществе возрастает роль ацетокластического метаногенеза, который дает более 90% метана; в термофильном сообществе напротив, возрастает роль автотрофного метаногенеза и наблюдается синтрофное разложение ацетата.

Из кислого болота получено психрофильное ацидофильное метаногенное сообщество, оптимальными условиями развития которого являются пониженные температура (15-20^оС) и кислотность среды (рН 4,2). Показано, что в этой системе метан образуется преимущественно по автотрофному пути. Показано, что бутират является важным промежуточными продуктом в психрофильном метаногенезе. При понижении температуры наблюдается возрастание доли бутирата в продуктах брожения различных органических соединений.

Лаборатории принадлежит приоритет в выделении и описании психрофильных анаэробных бактерий. Из различных холодных местообитаний получены чистые культуры сахаролитических, целлюлолитических и ацетогенных бактерий и метаногенных архей. Из тундрового болота выделен новый психрофильный ацетоген Acetobacterum tundrae, а из озерных осадков — новый психрофильный метаноген Methanosarcina lacustera, обладающий достаточно высокой скоростью роста даже при 1^оС.

В лаборатории в течение ряда лет проводится исследование основных характеристик процесса анаэробной очистки сточных вод целлюлозно-бумажной,  пищевой, текстильной и сельскохозяйственной промышленности;  исследование разложения органических веществ с образованием метана в таких неоптимальных условиях, как пониженные температуры и в присутствии токсичных трудно разлагаемых веществ; изучение микробных  сообществ, осуществляющих процесс; выделение и характеристика чистых культур бактерий из анаэробных реакторов; разработка энергосберегающих методов обработки органических отходов с извлечением  ценных биогенных элементов. Показана принципиальная возможность анаэробной обработки токсичных сточных вод нефтехимического и  целлюлозно-бумажного производства, содержащих бензальдегид. Выделены и описаны две новые анаэробные бактерии, трансформирующие токсичный  бензальдегид в нетоксичные  бензоат и бензиловый спирт — Soehngenia saccharolytica gen. nov,  sp. nov. и Clostridium amygdalinum sp. nov.

Исследована возможность переработки газообразных токсичных отходов, а точнее- использование синтез –газа (смесь СО и Н₂), отхода железо-рудной промышленности и других, в качестве дешевого источника углерода для выращивания бактерий. Подобраны бактерии, малочувствительные к высокой концентрации СО.

Показано, что холодные (8-12°С) разбавленные ( меньше 1000 мг ХПК/л), ацидифицированные (60-70% ЛЖК) сточные воды пищевой промышленности можно эффективно перерабатывать при пониженных температурах (4-15^оС) в системе 2-х высокоскоростных анаэробных реакторов с восходящим потоком (EGSB). Для стоков пивоварения  и виноделия достигнуто общее удаление ХПК до 70-75%.

Разработана комплексная технология обработки жидких навозных стоков с извлечением полезных биогенных элементов – азота и фосфора (совместно с МГУ).

В настоящее время одним из основных приоритетов работы лаборатории является исследование особенностей микробного состава и функционирования микробных сообществ, осуществляющих деградацию органических веществ и метановый цикл в континентальных местообитаниях; установление различий между природными и антропогенными экосистемами; выделение и описание новых анаэробных и аэробных бактерий. Особое внимание уделяется процессам, протекающим при пониженных температурах, характерных для большинства природных экосистем Евразии. Объектами исследования служат и почвы болота, в том числе кислые, Заполярья и бореальной зоны Европы и Сибири; осадки пресноводных водоемов; сооружения по очистке сточных вод и обработке твердых городских отходов (анаэробные и анаэробно-аэробные реакторы, иловые площадки, полигоны захоронения твердых бытовых отходов).

Исследуются характеристики  метаногенных и метанотрофных сообществ из различных мест обитаний, выделяются новые анаэробные и аэробные микроорганизмы; оцениваются потоки метана и других  газов из природных и антропогенных ландшафтов; разрабатываются  новые энергетически выгодные методы очистки сточных вод и уменьшения эмиссии метана в атмосферу.

 

Лаборатория экспериментальной микологии
Заведующий —  д.б.н. профессор, заслуженный деятель науки РФ
Феофилова Елена Петровна

В составе лаборатории: ст. научн. сотр. – 4 (докт. наук – 1, канд. наук — 3), научн. сотр. – 1 (канд. наук), мл. научн. сотр. – 1 (канд. наук), инженеров – 2.

Основные направления исследований:

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

Основные сведения о лаборатории:

Лаборатория существует в составе Института микробиологии РАН с 1996 года. Существовавший в Институте отдел физиологии и биохимии гетеротрофных микроорганизмов, возглавляемый проф. М.Н. Бехтеревой, в котором наряду с другими микроорганизмами изучались и мицелиальные грибы, в 1981 г. был объединен с отделом адаптации микроорганизмов и руководителем его был назначен д.б.н. Ю.Н. Карасевич.  В 1992 году  на основе отдела были организованы две группы при дирекции  (временные научные коллективы): «Липидообразование и цитодифференцировка мицелиальных грибов» и «Физиология продуцентов биологически активных липидов», а  в 1996 г. обе группы были объединены в лабораторию «Экспериментальной микологии».

Таким образом, сотрудники этой лаборатории  имели многолетний опыт работы с мицелиальными грибами и теоретический фундамент, определивший новые направления исследований в области микологии. В этом плане определенное значение имели работы 80-90-х годов прошлого столетия, возглавляемые профессором М.Н.Бехтеревой, посвященные изучению липогенеза мицелиальных грибов (Zygomycetes  и Asсomycetes) и псевдогрибов  (царство Chromista). В этих исследованиях было установлено большое разнообразие липидного состава отдельных видов грибов и найдены продуценты с высокой липогенной активностью. Были также получены экспериментальные данные, показывающие, что ряд факторов (температура, степень аэрации, введение этанола, содержание фосфора, соотношение азота и углерода)  являются модификаторами, влияющими на степень ненасыщенности липидов и их состав. Эти исследования помимо теоретического  обоснования липогенной активности, открывали перспективы для решения ряда практических проблем, например, использование грибных липидов наряду с липидами растений как заменителей растительных масел (подсолнечного и др.).  В эти же годы начались детальные исследования гетероталличных грибов семейства 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  удалось  внедрить  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 1996 году после образования лаборатории «Экспериментальная микология» в ней появились новые направления, стали изучаться новые таксоны грибов, например, Basidiomycetes,  и наряду с липидами начали  исследоваться другие важнейшие биомолекулы грибов – протекторные углеводы цитозоля.  Сохранилась и основная тенденция  отдела М.Н.Бехтеревой – полученные значимые  теоретические  результаты использовались для создания новых биотехнологий, внедрялись в практику народного хозяйства.  Основной научной задачей лаборатории стало изучение биохимических механизмов, позволяющих грибам адаптироваться к стрессовым воздействиям. Эти исследования были частью наиболее прогрессивного направления в современной науке, получившего название биохимической адаптации организмов к стрессу и объединяющего ученых различных специальностей: биологов, медиков, химиков, биохимиков, генетиков и физиков. 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, согласно современным данным, 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. В этом отношении интересны  данные о специфических липидах грибов, например, N–этоксикарбонил фосфатидилэтаноламине и N-ацетил фосфатидилэтаноламине у грибов рода Absidia, неизвестном  цереброзиде, содержащем  гидроксикислоты, обнаруженном у Mortierella alpinа. В процессе адаптации участвуют и полисахариды клеточной стенки (КС) грибов. Высокие температуры вызывают гиперсинтез хитинсинтетазы и почти в два раза увеличивают содержание хитина в КС. Стресс является также фактором, изменяющим в клетке грибов соотношение хитина и глюкана, что влияет  на морфологию мицелия.

Теоретический задел лаборатории получил практическое применение и в области медицины. Так, исследования в области изучения биополимеров КC грибов  легли в основу разработки новой отрасли биотехнологии – фармацевтической микологии. Значительным достижением в этом направлении явились созданные  два новых лекарственных средства – «Микоран» и «Миколикопин». Препарат «Микоран» противоожогового и ранозаживляющего назначения, разработанный совместно с Институтом хирургии им. А.В. Вишневского, разрешен к медицинскому применению приказом  Минздрава РФ и используется в настоящее время в клиниках России. Его активным началом 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 годах, показали, что «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.

Продолжаются работы по биоактивным липидам, в том числе фармацевтически активным жирным кислотам. В этом плане представляют интерес данные,  о высокой липолитической активности Pythium debarianum, который можно рассматривать не только как источник полиненасыщенных жирных кислот, но и  ферментного препарата – липооксигеназы. Установлен  стимулирующий эффект  жирных кислот на образование гамма-линоленовой кислоты мукоровыми грибами.

В исследовательских работах лаборатории появилось также новое направление – биотехнологии выращивания шляпочных грибов (Basidiomycetes) и определение их питательной  и медицинской ценности. Начинает развиваться и новая отрасль косметики, использующая БАВ грибов для создания кремов и мазей.

Дальнейшие исследования лаборатории включают продолжение указанных выше направлений. Предполагается расширение объектов исследований, которые должны включать представителей  съедобных базидиальных грибов. В последние годы  эти грибы вызывают особый интерес в связи с близостью к растениям, наличием специфических БАВ, используемых в медицине, косметике, и большой питательной ценностью плодовых тел. Направлением будущих исследований будет также изучение диморфизма у Mucorales, в частности,  исследование корреляции между составом мембранных липидов и стеринов и морфологией клеточного роста. Одной из перспективных, малоизученных проблем микологии является также гетероталлизм, в частности физиолого-биохимические различия между мужскими и женскими штаммами  у зигомицетов. Эта проблема, а также одна из ведущих ветвей биологии – микробная  эндокринология —  войдут в число новых направлений исследований  лаборатории.

За последнее десятилетие сотрудниками лаборатории получено более 16 авторских свидетельств и патентов, написано 3 регламента, опубликовано 5 научных обзоров, более 60 статей в отечественных и зарубежных научных изданиях. Е.П. Феофилова является соавтором монографии «Ключевая роль хитина в образовании клеточной стенки грибов. Хитин грибов: распространение, биосинтез, физико-химические свойства и перспектива использования». (В книге «Хитин и хитозан. Получение, свойства, применение», 2002).