В настоящее время в ИГУ реализуется междисциплинарный проект, посвященный исследованию биотехнологического потенциала микроорганизмов - деструкторов в озере Байкал.

Биологическая деструкция – это совокупность процессов разрушения какого-либо сложного органического вещества с помощью живых организмов, например, грибов, бактерий, водорослей или простейших. Биодеструкции подвержены все без исключения строительные материалы нашего дома – от древесины стропильной системы крыши до бетонного фундамента. Также микроорганизмы-деструкторы способны разрушать и различные строения, распространенные в экосистеме озера Байкал, например, причальные сооружения или, попросту говоря, пирсы. Перед нами возникло несколько вопросов: каким образом процессы биологической деструкции протекают в древних и холодных водоемах, кто является основным участником в биологической деструкции подводных частей гидротехнических сооружений и можно ли с применением подходов биотехнологии дать опилкам вторую жизнь?

Проект стартовал 3 года назад, целью проводимого исследования является оценка биотехнологического потенциала байкальских микроорганизмов при их культивировании на труднодеградируемых отходах, например, на лигнине, и отходах лесопиления – опилках. Интересно, что общий годовой объем отходов лесопиления в Иркутской области измеряется миллионами кубометров. Эти отходы в основном не используются, занимают огромные площади и загрязняют окружающую среду. Также значительную часть отходов, не утилизируемых в настоящее время в Иркутской области, составляет шламм-лигнин – основной отход деятельности ныне закрытого БЦБК. Располагаясь в непосредственной близости от Байкала, хранилища лигнина представляют огромную угрозу для всей экосистемы озера.

Поддержание экосистемы озера является важнейшей для планеты задачей, а вопросы биодеструкции, протекающие в ней, остаются не исследованными. Примечательно, что данные процессы в озере протекают при низких температурах. Разложение органики микроорганизмами происходит под действием специальных гидролитических ферментов с низким температурным оптимумом. Важно отметить, что ферменты, которые работают при низких температурах, пользуются особой популярностью у современных химических предприятий, разрабатывающих, например, высокоэффективные порошки для стирки в холодной воде. Поэтому байкальские микроорганизмы-деструкторы являются источником уникальных и новых ферментов.

Геном таких бактерий уже содержит эффективные перестройки, которые способствуют трансформации отходов растительного сырья в безопасные, в том числе и полезные биотехнологические продукты. Такие микроорганизмы могут служить источником новых природных соединений – молекул-антибиотиков, молекул - стимуляторов роста и др. При росте на труднодеградируемых полимерах, примером которых и выступает лигноцеллюлоза, микроорганизмы потребляют из них энергию и питательные вещества. При этом бактерии синтезируют и полезные для человека вторичные метаболиты, и прототипы новых молекул для будущих лекарств. Таким образом, перед нами расширяется эффективность биотехнологического скрининга, и открывается возможность разработать новые технологии по биосинтезу фармацевтически активных субстанций.

На данном этапе важно оценить способности микроорганизмов синтезировать новые молекулы при росте на таком нетривиальном сырье как опилки и понять, в каких генах прописана эта способность микроорганизмов. После с применением современных подходов молекулярной биологии перед нами стоит задача перенести работающие гены в другие стабильные микроорганизмы и разработать высокоэффективные продуценты новых ферментов и молекул, полезных для человека.

Ранее нами уже показано, что добавление древесных опилок в питательную среду, на которой растут бактерии, приводит к синтезу бактериями соединений, обладающих антибиотической, противогрибковой или противодиабетической активностью. Всем известны бактерицидные эффекты смол и эфирных масел, которые присутствуют в хвое и в опилках сосны. В ходе проводимых работ мы показали, что многие «полезные» бактерии успешно живут и развиваются только при наличии таких смол и при этом синтезируют новые антибиотики. Таким образом, фундаментальный проект начинает свою трансформацию в прикладное исследование.

Фото: Сергей Пестерев