С ноября 2021 года кафедра микробиологии возглавляет исследовательскую программу Министерства образования и науки РФ «Анализ микробиомов растений и беспозвоночных животных экстремальных мест обитания с целью разработки штаммов-продуцентов новых метаболитов и ферментов», в которой участвует 10 кафедр трех факультетов МГУ.

Целью Программы является поиск и разработка новых продуцентов ценных для биотехнологии метаболитов и ферментов. Одновременно Программа ставит перед собой цель привлечения школьников и студентов к научной деятельности, от сбора природных образцов до участия в анализе и осмыслении полученных результатов.

Основными объектами исследования Программы являются сообщества экстремальных местообитаний, как симбиотические, так и свободноживущие. В Программу входит несколько отдельных проектов с разными объектами и задачами. Так, предполагается исследование микробных сообществ, ассоциированных с растениями альпийских лугов Кавказа, с целью выяснения роли микробиомов в адаптации растений к условиям высокогорья. Два проекта посвящены микробным сообществам Арктических морей: это исследование симбионтов беспозвоночных животных и выявление среди них продуцентов антибиотиков и других ценных для медицины и биотехнологии метаболитов, а также исследование микробных сообществ, ассоциированных с микро- и макроводорослями с целью поиска продуцентов психроактивных гидролаз. Наконец, еще один проект посвящен микробным сообществам экстремальных местообитаний, как ассоциированных с растениями, так и свободноживущих. В нём будет определена роль микробиома в адаптации растений к неблагоприятным условиям, а также будет проведён поиск продуцентов высокостабильных ферментов для биотехнологии.

mosses, algae, invertibrate and hot spring

Все четыре проекта, входящие в Программу, будут реализовываться по сходному плану, в который входит сбор природных образцов, выделение из них образцов ДНК и профилирование микробных сообществ путем высокопроизводительного секвенирования вариабельных участков генов 16S рРНК. На основании полученных результатов будут выбраны наиболее интересные образцы для метагеномного секвенирования. Из полученных метагеномов будут собраны полные геномы некультивируемых микроорганизмов и охарактеризован их метаболизм, а также способность к продукции целевых метаболитов и ферментов. Параллельно будет вестись работа по получению накопительных и чистых культур штаммов с ценными для биотехнологии свойствами.

Гены, кодирующие целевые ферменты, будут использованы для получения штаммов-продуцентов. В случае рекомбинантных экстремозимов будет разработана система гетерологической экспрессии с получением рекомбинантного штамма экстремофильной археи или бактерии, что позволит сохранить нативные свойства белков.

Взаимодействие с участниками проекта со стороны гражданской науки будет проводиться на трех различных уровнях

Первый уровень заключается в сборе природных образцов, который будет осуществляться школьниками и студентами вузов различных регионов страны, в первую очередь Кавказа, Баренцева и Белого моря, Забайкалья, Дальнего Востока. Со многими образовательными учреждениями уже существует предварительная договоренность о научном сотрудничестве.

Взаимодействие второго уровня происходит на базе московских школ с углубленным изучением биологии, причем с некоторыми из них уже давно ведется совместная исследовательская работы, а от других получено предварительное согласие на сотрудничество. Под руководством студентов старших курсов МГУ школьники будут выделять ДНК, амплифицировать фрагменты 16S рРНК, анализировать результаты секвенирования, а также получать накопительные и чистые культуры микроорганизмов и исследовать их свойства.

Научное сотрудничество третьего уровня будет представлять собой курсы, читаемые онлайн на специально созданном сайте, в которых смогут участвовать все желающие, независимо от возраста. Слушателей познакомят с базами данных и основными этапами метагеномного анализа, в результате чего они смогут принять в нем посильное участие.

Таким образом, в результате выполнения Программы будут получены новые знания о взаимодействии макроорганизмов с ассоциированными с ними микробиомами, выявлена роль микробиомов в адаптации макроорганизмов к неблагоприятным условиям, а также получены штаммы-продуценты ценных метаболитов и ферментов для биотехнологии. Школьники и студенты, в том числе из удаленных регионов получат возможность участия в полном цикле современных микробиологических исследований, от природного образца до целевого продукта.

flow chart for natural microbial community amalysis