Физиология и биохимия фототрофных и хемотрофных микроорганизмовНИР

Physiology and biochemistry of phototrophic and chemotrophic microorganisms

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Физиология и биохимия фототрофных и хемотрофных микроорганизмов
Результаты этапа: Впервые в клеточных стенках фототрофных бактерий Oscillochloris trichoides обнаружен полисахарид – глюкан и определена его первичная структура, а также подобраны условия для выращивания в жидкой культуре до сих пор трудно культивируемой фототрофной бактерии Chloroploca asiatica. Кроме того у пурпурных фототрофных бактерий выделена и изучена гидрогеназа и сконструирован ферментный электрод на водород, который можно практически использовать в сложных биологических системах. Метод по депигментации протеиназ микромицета Asp. ochraceus L-1 привел к выходу по активности ферментов в 100 %, при этом степень очистки достигла 14 раз. Активные продуценты биосурфактантов, работающие в условиях северных морей, выделенные на кафедре, успешно разлагают углеводороды нефти при низких температурах (0-4оС). Установлено, что бифидобактерии могут длительно храниться в лиофильно высушенном состоянии без потери их выживаемости с сохранением всех пробиотических свойств. Создаваемая технология получения биотоплив из лигноцеллюлозных субстратов привела к получению гидролизатов целлюлозы с высоким содержанием сахаров, пригодных для сбраживания с получением топливного биоэтанола и биобутанола. Научные задачи этапа выполнены полностью.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Физиология и биохимия фототрофных и хемотрофных микроорганизмов
Результаты этапа: Проведён полный филогенетический анализ бактерий цикла серы (сульфатредуцирующие и сероокисляющие бактерии) из донных осадков Херсонесской бухты г. Севастополя по ключевому гену dsrB и получены их стабильные накопительные культуры, исследована устойчивость к кислороду и измерены специфические активности всех основных ферментов антиокислительный защиты у ряда штаммов сульфатредуцирующих и молочнокислых бактерий. Определен аминокислотный состав активной стрессозащитной фракции РФ1 из культуральной жидкости дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Это два пентапептида с идентичными аминокислотными последовательностями (1Гли-Про-Тре-Гли-Про5), различающиеся наличием одного остатка гексозы. Подтверждена пептидная природа компонентов другой активной фракции, РФ2; установлено, что их молекулярные массы находятся в диапазоне менее 300 Да. Выделены 38 нефтеокисляющих и биоэмульгирующих психрофильных культур из Мурманска и с Белого моря, 20 культур с Дальнего Востока. Заложены на хранение в лиофильном виде 14 целлюлозоразрушающих и 6 сахаролитических термофильных бактерий. При культивировании грибов на различных типах бумажной продукции были отобраны 2 штамма с наибольшей целлюлазной и эндоглюконазной активностью, что позволяет эффективно использовать их при переработке целлюлозосодержащих субстратов для биоконверсии их в биотопливо. Изучено действие протеиназ грибов рода Aspergillus на белки плазмы крови человека. Выдвинута гипотеза о существовании механизма ограниченного протеолиза под их воздействием. Показана уникальная способность лактококков синтезировать нейромедиаторы, повышающие эффективность использования этих бактерий как пробиотических препаратов. Научные задачи выполнены.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Физиология и биохимия фототрофных и хемотрофных микроорганизмов
Результаты этапа: Измерены активности всех (за исключением фосфоенолпируват карбоксилазы) ферментов вЦТК Chlorobaculum limnaeum при росте в фотоавтотрофных условиях. Предложен новый анаплеротический механизм ассимиляции ацетата у несерной пурпурной бактерии Phaeospirillum fulvum. Измерены активности всех ферментов ЦТК у Rba. sphaeroides выросших на свету в анаэробных условиях на свету и аэробных условиях в темноте. Показано, что окисление 2 кетоглутарата на свету происходит при участии канонической 2 кетоглутаратдегидрогеназы, в темноте при участии 2 кетоглутаратдекарбоксилазы и дегидрогеназы полуальдегида сукцината. Проведен системный биоинформационный анализ всего банка (более 400 видов) доступных геномов аноксигенных фототрофных бактерий на наличие ферментов антиоксидантной защиты. Измерена активность СОД и каталазы у зелёной серной бактерии Chlorobaca limnaeum и пурпурной серной бактерии Thiocapsa roseopersicina, выращенных в разных физиологических условиях. Отобраны и охарактеризованы новые симбиотические психрофильные штаммы фотобактерий из Белого и Карского морей, в целях их использования в качестве специфических фотобиосенсоров для биодетекции токсинов и др. биологически активных веществ. Проведен анализ кинетических, энергетических, флуоресцентных и биолюминесцентных характеристик фотобактерий. C использованием тест – системы на основе бактериальной люминесценции на живой культуре генно-инженерного штамма Escherichia coli K12 TGI с клонированным в него lux-опероном из светящихся почвенных бактерий Photorhabdus luminescencens ZMI выявлены различия токсикологического действия 6 образцов наночастиц (3 из них углеродсодержащие, 3 содержащих нитрид бора) в зависимости от сходного химического состава или сходной химической структур. На лиофильновысушенном биотесте выявлены различия биологической активности по индексу токсичности среди 2 групп препаратов разных фирм производителей Проведены эксперименты по изучению систем антиокислительной защиты в клетках аэротолерантного штамма сульфатредуцирующей бактерии рода Desulfosporosinus: определены пороги выживаемости культуры в условиях различных кислородных (1-10% O2 в газовой фазе) и пероксидных (0,1-0,8 мМ H2O2) стрессов; измерены активности ключевых ферментов антиокислительной защиты (супероксиддисмутазы, каталазы, пероксидазы) как в экстрактах клеток из анаэробных культур, так и в экстрактах клеток, подвергнутых окислительным стрессам различной природы, интенсивности и продолжительности. Проведён кинетический анализ роста облигатного метилотрофа Methylobacillus flagellatus KT в периодической и лимитированной по метанолу непрерывной культурах. Показано, что облигатный метилотроф устойчив к высоким концентрациям метанола в среде в периодической культуре. Изучено образование микромицетами Aspergillus flavipes А17, Aspergillus ochraceus L-1, Aspergillus sydowii 1, A. flavus О-1 протеиназ, активных в отношении белков системы гемостаза человека. Подобраны оптимальные среды культивирования для накопления протеиназ в процессе роста культур. Выделена протеиназа A. flavus О-1. Она представляет собой негликозилированную сериновую протеиназу с молекулярной массой 17 кДа, pI 7,82. Выделенная протеиназа обладает широкой субстратной специфичностью, проявляя при этом активаторную активность к плазминогену и прекалликреину. Впервые показана возможность секреции микромицетом Aspergillus oryzae внеклеточных протеиназ с активаторной к белкам системы гемостаза активностью. Установлено, что в процессе роста микромицет A. oryzae k1 секретирует внеклеточные протеиназы, обладающие активаторной активностью к прекалликреину, X фактору и протеину С. Продолжено исследование впервые выявленного процесса образования амилоидных фибрилл полифункциональными белками - δ-эндотоксинами Bacillus thuringiensis, процесса формирования параспоральных кристаллов из амилоидных фибрилл. Проведен количественный анализ ряда структурных характеристик амилоидных фибрилл на разных стадиях их формирования в клетках нескольких ранее не изучавшихся подвидов энтомопатогенной бактерии, который контролировались с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЭМ). Изучены пробиотические показатели штаммов молочнокислых бактерий, выделенные их различных молочных продуктов. Установлено, что некоторые из тестируемых пробиотических штаммов L. lactis subsp. lactis могут продуцировать биогенные амины, основные нейромедиаторы, такие как адреналин и норадреналин (штаммы 194 и К-205), серотонин (штамм 194), играющих роль в в выполнении функций-памяти, обучения, формировании эмоций, в регуляции эдокринной системы, что позволяет рекомендовать штаммы для создания психобиотиков. Продолжена работа по подбору условий предобработки лигноцеллюлозной биомассы, ее гидролиза и удаления лигнина для различных типов биомассы: древесных растений, топинамбура, соломы и травы. Получены гидролизаты целлюлозы с высоким содержанием сахаров для проведения ацетон-бутанол-этанол брожений. Результаты готовятся к публикации. При изучении процессов формирования моно- и мультивидовых микробных биопленок установлено, что их развитие можно подавить никлозамидом (антимикробный агент), при этом этот антибиотик снимает эффект стимуляции роста биопленок, вызываемый субингибиторными концентрациями азитромицина, что делает эти антибиотики перспективными для использования в комплексных препаратах для борьбы с биопленками. При разложении целлюлозы с получением биогаза установлено, что процесс в значительной степени зависит от происхождения субстрата для гидролиза, температуры и микробной композиции анаэробных метаногенных консорциумов. Результаты опубликованы. Установлено положительное стимулирующее действие микробных биосурфактантов на разложение углеводородов нефти при низких температурах (0-4оС). Изучена способность 15 штаммов лактобацилл, относящихся к видам Lactobacillus paracasei (3 штамма), L. reuterii (1 штамм), L. rhamnosus (2 штамма), L. brevis (2 штамма), Lactobacillus spp. (group plantarum, 4 штамма) и L. delbrueckii (1 штамм) и выделенных из различных источников, обесцвечивать пищевые азокрасители. Изучен состав эндофитных бактерий побегов сирени (Syringa vulgaris L.), используемых для её вегетативного размножения в культуре in vitro. Проведено выделение чистых культур и их идентификация (микроскопия, изучены физиолого-биохимические признаки, секвенирование). Изучена способность выделенных культур к биосинтезу фитогормона ауксина (ИУК), влияние индуктора (триптофана) на этот процесс и влияние на биосинтез ИУК состава питательных сред и источника азота. Проведено исследование ассоциативных бактериальных популяций филлопланы орхидей на примере Dendrobium moschatum. Изучена локализация микроорганизмов с помощью сканирующей электронной микроскопии, проведено выделение доминирующих популяций бактерий и их идентификация. Получены результаты исследований микробиологического тестирования антибактериального действия лекарственного вещества – диоксидина после его модификации путем нагрузки наночастицами серебра. Показано увеличение антибактериальной активности модифицированной наноформы диоксидина и его гибридного композита, включающего наночастицы серебра по сравнению с исходной фармакопейной субстанцией. Продолжены исследования по выявлению микроорганизмов, присутствующих на конструкционных материалах в эконише гермозамкнутого объема пилотируемой космической станции. Получены, обработаны и проанализированы данные по микробиологическому спектру технофильных микроорганизмов на поверхностях конструкционных материалов РС МКС в рамках экспедиций МКС-50 и МКС-52 (КЭ «Биодеградация»).Получены, обработаны и проанализированы данные по фунгистатной и фунгицидной активности новых разработанных пленочных модифицированных материалов в рамках экспедиции МКС-52 (КЭ «Биополимер»). С целью изучения распространения и разнообразия гликополимеров клеточных стенок, а также возможности их использования в качестве дополнительных хемотипических признаков на уровне вида, продолжено изучение названных полимеров для представителей самой большой группы коринеформных бактерий семейств Microbacteriaceae и Promicromonosporaceae класса Actinobacteria. Исследовали гликополимеры клеточной поверхности ранее не изученных бактерий родов Rathayibacter (10 штаммов), Agreia (1 штамм), Clavibacter (2 штамма), Promicromonospora (2 штамма), Curtobacterium (4 штамма). Некоторые представители изучаемых родов – патогены растений, экономически значимых для сельского хозяйства. Установлено, что фосфатсодержащие гликополимеры отсутствуют на поверхности клеток, большинство изученных штаммов в клеточных стенках содержат несколько гликополимеров различной структуры.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Физиология и биохимия фототрофных и хемотрофных микроорганизмов
Результаты этапа: При изучении ферментов антиоксидантной защиты в клетках аноксигенные фототрофных бактерий – пурпурных несерных и зелёных показано, что в клетках всех изученных пурпурных несерных бактерий присутствуют активные супероксиддисмутаза, каталаза и пероксидаза, но ключевую роль в защите от активных форм кислорода играет именно каталаза. Клетки изученных зелёных бактерий продемонстрировали низкие активности всех трех ключевых антиоксидантных ферментов. Разработана технология получения лиофилизованных препаратов мезофильных и психрофильных фотобактерий. Проведена оптимизация криопротекторных сред и процедур. Получены препараты 5 различных видов и штаммов фотобактерий с сохранением 15-17% удельной биолюминесцентной активностью. Были изучены оптимальные условия культивирования микромицета A. ustus для образования протеиназы, активной в отношении фибриллярных белков. Этот фермент, является негликозилированной сериновой нейтральной протеиназой, с широкой субстратной специфичностью, молекулярной массой ~ 33 кДа и pI 4,5-4,7, с оптимумом активности при 41 °С. Исследована способность пробиотических штаммов Lactococcus lactis subsp. lactis к синтезу биогенных аминов, а также их влияния на антимикробную активность. Некоторые штаммы лактококков при культивировании в ферментационной среде способны к синтезу нейромедиаторов. Проведены исследования по изучению фунгицидного спектра действия штаммов Lactococcus lactis subsp. lactis разного происхождения. Установлено, что фунгицидная активность лактококков штаммоспецифична и зависит от состава ферментационной среды. При изучении биоконверсии целлюлозосодержащего сырья в биотопливо был изучен состав микробных термофильных целлюозолитических соообществ, показана роль синтрофных ацетат-окисляющих бактерий и гидрогенотрофных метаногенов. Микробные сообщества показали свою эффективность при утилизации и биоконверсии в биогаз ряда целлюлозосодержащих субстратов, в том числе фитомассы растений, с содержанием метана 55-62%. Изучена способность штаммов Lactobacillus delbrueckii 182.2, L. paracasei 3, L. rhamnosus 6 и L. reuteri 5 разлагать в анаэробных условиях один из самых распространённых пищевых азокрасителей - тартразин (Е 102) в концентрации 1 мМ Разработана методика долговременного культивирования губок Halisarca dujardinii в контролируемых микробных условиях. Выделены микроорганизмы, способные к утилизации нефти при отрицательных температурах. Выделенные чистые культуры путем анализа последовательности гена 16 S РНК были отнесены к различным видам родов Shewanella, Pseudoalteromonas, Rhodococcus. Убыль нефтепродуктов при -2,5°С (в жидкой фазе) для данных культур составляла до 20% после 60 суток культивирования. Исследовалось распространение и разнообразие гликополимеров клеточных стенок (ГПКС), а также возможности их использования в качестве дополнительных хемотипических признаков на уровне вида, изучаются ГПКС представителей большой группы коринеформных бактерий семейства Microbacteriaceae класса Actinobacteria. Продолжены исследования по выявлению микроорганизмов, присутствующих на конструкционных материалах в эконише гермозамкнутого объема пилотируемой космической станции.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Физиология и биохимия фототрофных и хемотрофных микроорганизмов
Результаты этапа: Исследованы цепи переноса электронов у зеленых нитчатых бактерий семейств Oscillochloridaceae и Chloroflexaceae. Разработана технология получения топлив из лигноцеллюлозы с помощью ацетоно-бутилового брожения. Установление структуры гликопептидов ряда представителей родов актинобактерий - Сем. Microbacteriaceae, род Rathayibacter штаммы: R. festucae ВКМ Ac-1390T; “R. oskolensis” ВКМ Ac-2121 –сапрофитные виды рода. Наработан тромболитический ланголитин для доклинических испытаний. Изучены особенности функционирования люминесцентной системы в зависимости от естественной фазовой изменчивости почвенных светящихся бактерий Photorhabdus luminescens ZM1 . Получены аэробные и анаэробные накопительные культуры, активные по отношени к азокрасителям и пластику. Выделен фермент с кератинолитической активностью микромицета и изучены некоторые его биохимические и физико-химические свойства. Проведён полный биоинформационный анализ наличия генов, кодирующих ферменты антиоксидантной защиты в геномах аноксигеннфх фототрофных бактерий.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".