ИСТИНА

Первоочередной задачей в рамках поставленной проблемы планируется получение культур микроорганизмов, обладающих биотехнологическим потенциалом метафункциональной активности (способность к азотфиксации, гидролитической деятельности природных полимеров и ксенобиотиков, синтез вторичных метаболитов (в том числе антибиотиков, веществ - антагонистов).

Soils and soil-associated substrates are an inexhaustible source of strains with useful properties for human beings, discovery and characterization of many unknown life forms. Modern biotechnology considers soil as the main natural bank when searching for cultures of microorganisms with any necessary properties. Microorganisms with metafunctional parameters are of considerable interest. The actual direction of research of the claimed project is the development of agro-biotechnologies based on management of natural soil microbiome, creation of microbial preparations-stimulators of plant growth and development, microbiological methods of increasing the share of biological nitrogen in plant nutrition, destructors of xenobiotics. An equally important aspect is the search and patenting of producers of biologically active substances, such as antibiotics, enzymes, probiotics, hydrolytics of natural and artificial polymers. The considered research directions within the framework of the project are important for improvement of land management, environmental protection and development of environmental technologies. Within this direction, the genetic potential of soil microbial communities and their application in the development of fundamental soil science and environmental technologies are evaluated. Promising directions related to the use of soil microbial potential for bioremediation of territories from ecotoxicants, development of technologies for soil self-purification based on stimulation of natural communities of microorganisms, as well as application of microbial preparations for biodegradation of petroleum products are formulated. Genomic analysis of uncultivated microorganisms from the Arctic, Antarctica and other extreme habitats is being conducted, and the knowledge gained is being used as a model of alien life. Along with the reduction of diversity and abundance of prokaryotes in soils subjected to anthropogenic or abiogenic stresses, the number of genes marking the community's ability to such processes as biodegradation of xenobiotics, encoding nitrogen transformations and the level of metabolism of cofactors and vitamins is expected to increase. The revealed regularities indicate a high metabolic potential of the prokaryotic component of soils. At present, the Department of Soil Biology has a significant number of strains showing high biological activity with respect to processes related to the nitrogen cycle (nitrogen fixation, nitrification), destruction of petroleum products, pesticides, destruction (hydrolysis) of natural polymers, producers of phytohormones and antagonists of phytopathogens.

В процессе выполнения проекта планируется комплексная оценка разнообразия микробного комплекса, включающая прокариотную (бактерии и археи) его составляющую; выявление способности систем к процессам, направленным на деструкцию труднодоступных соединений (ксенобиотики, биополимеры), трансформацию окисленных и восстановленных форм азота (азотфиксация, нитрификация), синтез вторичных метаболитов (антибиотиков); определение наличия функциональных генов у микроорганизмов, обладающих биотехнологическим потенциалом способных к метаболической активности в почвах, различающихся параметрами основных экологических факторов. К концу первого года выполнения проекта предполагается получение коллекции метафункциональных штаммов почвенных актиномицетов, обладающих одновременно способностью к деградации ксенобиотиков (углеводородов нефти), биополимеров (хитина) и антибиотической активности. У выделенных штаммов планируется детектирование хитиназного гена группы А (chiA), отвечающего за процесс гидролиза хитина, а так же генов xylE, nahC и dmpB, кодирующих синтез ферментов катехол-2,3-диоксигеназа, 1,2-гидроксинафталиндиоксигеназа, ответственных за преобразование субстратов в полуальдегиды. Оценка антибиотической активности выделенных культур актиномицетов будет проведена как в отношении бактерий (грамположительных и грамотрицательных), так и в отношении коллекционных штаммов грибов. У выделенных штаммов с использованием панорамной хромато-масc-спектрометрии (ВЭЖХ-МС/МС) будут определены вторичные метаболиты. Предпосевная обработка семян и внесение в почву метафункциональных актинобактерий на фоне искусственного заражения в лабораторных условиях предположительно будет ингибировать рост патогенных грибов Fusarium graminearum, улучшая тем самым показатели энергии прорастания и всхожести, морфологические параметры растений пшеницы. Полученные штаммы почвенных актиномицетов могут быть использованы в биотехнологии для создания биопрепаратов при борьбе с фитопатогенными бактериями и грибами, биоремедиации почв при экологическом земледелии. Вторичные метаболиты выделенных высокоактивных полифункциональных штаммов хитинолитических почвенных актиномицетов могут быть полезны как с точки зрения синтеза эффективных антибиотиков, так и в качестве получения препаратов биоконтроля.

Авторы имеют уникальную, полученную за десятилетия исследований, информацию по характеристике микроорганизмов, обитающих в широком интервале экологических условий суши. Авторы имеют опыт совместной реализации проектов. На основании проделанных ранее работ дается характеристика микробных сообществ, развивающихся в почвах разных природных зон. Имеются рабочие коллекции, на основе которых может быть создан для России объединенный банк данных по географическому распространению микроорганизмов в почвах. Сформулированы новые подходы к изучению микробных сообществ наземных экосистем. Исследована структурная организация микробных сообществ разнообразных наземных экосистем.

планируется получение коллекции метафункциональных штаммов почвенных микроорганизмов (в частности, актиномицетов), обладающих одновременно способностью к деградации ксенобиотиков (углеводородов нефти), биополимеров (хитина) и антибиотической активности. Отмечается, что стрептомицеты колонизируют ризосферу, проникают в корневые ткани и устанавливают с растениями эндофитный образ жизни (Chen et al., 2018). Микроорганизмы рода Streptomyces могут рассматриваться как основа для создания биопрепаратов в целях оптимизации плодородия почвы и в качестве стимуляторов развития растений (Григорян и др., 2020). Биосинтетический потенциал отдельных видов рода Streptomyces представляет значительный интерес в связи с формированием коллекций биотехнологически перспективных культур микроорганизмов (Кочкина и др., 2018). У выделенных штаммов планируется детектирование хитиназного гена группы А (chiA), отвечающего за процесс гидролиза хитина, генов xylE, nahC и dmpB, кодирующих синтез ферментов катехол-2,3-диоксигеназа, 1,2-гидроксинафталиндиоксигеназа, ответственных за преобразование субстратов в полуальдегиды, а так же оценка антибиотической активности. Исследование антибиотической активности выделенных культур актиномицетов будет проведено с использованием панорамной хромато-масc-спектрометрии (ВЭЖХ-МС/МС) как в отношении бактерий (грамположительных и грамотрицательных), так и в отношении коллекционных штаммов грибов. Предпосевная обработка семян и внесение в почву метафункциональных актинобактерий на фоне искусственного заражения в лабораторных условиях предположительно будет ингибировать рост патогенных грибов Fusarium graminearum, улучшая тем самым показатели энергии прорастания и всхожести, морфологические параметры растений пшеницы. Полученные штаммы почвенных актиномицетов могут быть использованы в биотехнологии для создания биопрепаратов при борьбе с фитопатогенными бактериями и грибами, биоремедиации почв при экологическом земледелии. Вторичные метаболиты выделенных высокоактивных полифункциональных штаммов хитинолитических почвенных актиномицетов могут быть полезны как с точки зрения синтеза эффективных антибиотиков, так и в качестве получения препаратов биоконтроля. Выявление способности систем к процессам, направленным на деструкцию труднодоступных соединений (углеводороды, биополимеры) и определение наличия функциональных генов у микроорганизмов, обладающих биотехнологическим потенциалом способных к метаболической активности в почвах, различающихся параметрами основных экологических факторов. Проводится комплексное исследование разнообразия гидролитических прокариотных комплексов (бактерии и археи), формирующихся в зависимости от структуры биогеоценоза и экологических факторов (температуры, влажности, окислительно-восстановительного потенциала, органического вещества, времени). Молекулярно-биологическим методом модифицированного анализа гибридизации клеток in situ (FISH) определяется численность метаболически активных нитрифицирующих, азотфиксирующих гидролитических микроорганизмов. Объединение функциональных профилей гидролитической составляющей и участие в окислительно-восстановительных реакциях цикла азота даст возможность управления и двойного контроля над моделируемыми метаболически активными системами.