Отдел биологии экстремофильных микроорганизмов

Бонч_осмаловская Бонч-Осмоловская Елизавета Александровна
Заведующая отделом
доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАН
ИНМИ, комн. 206
Телефон +7 (499) 135-44-58
E-Mail elizaveta.bo@fbras.ru

Основное

ОПИСАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОТДЕЛА

Ключевые слова
термофильные бактерии, гипертермофильные археи, анаэробы, литоавтотрофы, новые типы метаболизма, метаболизм С1 соединений, термофильные микробные сообщества, термостабильные ферменты, геномика, гетагеномика

Направления исследований

  • Исследование филогенетического разнообразия термофильных прокариот
  • Исследование метаболического разнообразия термофильных прокариот
  • Характеристика новых типов катаболического обмена у термофильных микроорганизмов
  • Использование С1 соединений термофильными прокариотами
  • Восстановление неорганических акцепторов электронов термофильными прокариотами
  • Характеристика глубоких филогенетических ветвей прокариот
  • Анализ полных геномов новых термофильных прокариот
  • Метагеномный анализ термофильных микробных сообществ
  • Термостабильные гидролазы из новых термофильных прокариот
  • Терминальные оксидоредуктазы  термофильных прокариот


Основные методы исследований
В лаборатории налажен полный цикл выделения, культивирования и характеристики новых термофильных прокариот, в том числе анаэробов, микроорганизмов с газовым питанием, микроорганизмов, восстанавливающих нерастворимые акцепторы электронов. Имеется установка для анаэробного приготовления среды с заполнением свободного объема газовой смесью заданного состава, а также анаэробный перчаточный бокс «Inmed» для работы с анаэробными культурами и ферментами. Имеется проточный ферментер «Unfors» объемом 2.5 л для проточного культивирования термофилов (до 90оС) и облигатных анаэробов. Имеется 12 термостатов «Binder» и «Memmert», позволяющих культивирование термофильных микроорганизмов при заданных температурах от 40 до 110оС.

Методы характеристики новых изолятов:

  • морфология клеток и мониторинг роста — световая фазово-контрастная микроскопия, флюоресцентная микроскопия
  • характеристика метаболизма – ВЭЖХ, газо-жидкостная хроматография, спектрофотометрия
  • характеристика целевых ферментов – зимография, спектрофотометрия
  • геносистематическая характеристика новых изолятов – определение ГЦ состава ДНК и ДНК-ДНК гибридизация.

Методы характеристики микробных сообществ:

  • выделение ДНК и РНК из природных сообществ и накопительных культур
  • ПЦР-ДГГЭ генов 16S рРНК и функциональных генов
  • транскриптомный анализ
  • флюоресцентная гибридизация in situ (FISH, CARD-FISH)

Биоинформатические методы:

  • определение филогенетического положения новых изолятов
  • построение филогенетических деревьев на базе генов 16S рРНК и функциональных генов
  • анализ баз данных
  • разработка ПЦР-праймеров и зондов для анализа микробных сообществ
  • анализ полных геномов новых изолятов, метагеномов и транскриптомов природных сообществ и накопительных культур


Краткая история отдела
В 2017 году лаборатория гипертермофильных микробных сообществ преобразована в отдел биологии экстремофильных микроорганизмов, в состав которой вошли две лаборатории: лаборатория разнообразия и экологии экстремофильных микроорганизмов и лаборатория метаболизма экстремофильных прокариот.

Лаборатория гипертермофильных микробных сообществ была организована в 1996 году из группы, входившей в состав лаборатории микробных сообществ (руководитель академик Г.А. Заварзин) и вошла в отдел микробных сообществ, также руководимый Г.А. Заварзиным. С 2012 года существует как самостоятельная лаборатория в составе ИНМИ РАН.

С момента основания лаборатории и до сегодняшнего дня ее руководителем является д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловская. За весь прошедший период лабораторию не покинул ни один ключевой сотрудник; была значительно расширена область компетенции членов лаборатории, которая, помимо классической микробиологии, включает теперь геномику, биоинформатику, энзимологию термофильных прокариот. Защищено 3 докторских и 9 кандидатских диссертаций. В 2014 году коллектив лаборатории получил грант президента РФ по поддержке ведущих научных школ.

Достижения

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Лаборатория занимается исследованием филогенетического и метаболического разнообразия термофильных прокариот, а также возможности их применения в биотехнологии. Основное внимание уделяется  трудным для культивирования  группам с необычным катаболизмом, а также представителям новых филогенетичских линий.

В рамках основного направления работы:

  • Исследованы микробные сообщества природных термальных местообитаний различного происхождения и географического положения: наземные горячие источники вулканического и рифтового происхождения, морские мелководные и глубинные гидротермы, подземные высокотемпературные экосистемы. Сотрудниками лаборатории  выделен, полностью охарактеризован и узаконен 91 новый таксон термофильных прокариот, в том числе новый филум, новый класс, 4  порядка, 3 семейства, 25 родов.
  • Создана коллекция термофильных прокариот, включающая более 400 штаммов термофильных и гипертермофильных бактерий и архей.
  • Выделены первые термофильные представители филума Planctomycetes.
  • Охарактеризованы новые метаболические группы термофилов, в том числе анаэробные гидрогеногенные карбоксидотрофы, гипертермофильные археи, анаэробно использующие формиат с образованием водорода, термофильные железоредукторы, термофильные литоавтотрофные бактерии, осуществляющие дипропорционирование соединений серы.

Помимо классических культуральных методов, в лаборатории широко используются биоинформатический и молекулярно-экологический подходы:

  • На основании анализа полных геномов новых термофильных прокариот выявлены генетические детерминанты гидрогеногенной карбоксидотрофии, а также новый тип катаболического обмена – анаэробное разложение формиата, идущее с образованием водорода, гены, обуславливающие способность к росту с нерастворимыми акцепторами электронов, в частности, с оксидом железа, гены, кодирующие новые гидролазы, в том числе архейную мультидоменную гликозидгидролазу.
  • В геномах новых термофильных планктомицетов идентифицированы гены, кодирующие новые термостабильные гидролазы, впоследствии охарактеризованные экспериментально.
  • Разработаны методы анализа микробных сообществ путем количественной оценки генов, кодирующих ключевые ферменты целевых микробиологических процессов.
  • Путем анализа библиотек клонов  генов mcrA из наземных горячих источников выявлены новые филогенетические группы метаногенных архей, доминирующие в этих местообитаниях. Выявлена новая группа термоацидофильных сульфатредукторов.

Прикладные исследования лаборатории связаны, в первую очередь, с поиском продуцентов новых термостабильных гидролаз для различных областей биотехнологии:

  • Выделены и охарактеризованы гипертермофильные археи, способные росту за счет гидролиза целлюлозы и ксилана, а также термофильные и гипертермофильные прокариоты способные полностью разлагать устойчивые к гидролизу белки (альфа- и бета-кератины).
  • Выделена первая факультативно-анаэробная термофильная бактерия Melioribacter roseus, способная в анаэробных условиях полностью окислять биополимеры, в том числе целлюлозу. Новым ферментам дана первичная биохимическая характеристика.

Лаборатория гипертермофильных микробных сообществ участвует в большом количестве российских и международных проектов. С 2012 по 2015 года лаборатория участвовала в Проекте “Hotzyme” (Systematic screening for novel thermostable hydrolases), в котором участвовало 13 рабочих групп из 10 стран, в том числе два индустриальных партнера (Sigma-Aldrich и Novozymes). В проекте лаборатория выполняла ключевую роль, обеспечивая доступ к новым термофильным микроорганизмам-гидролитикам и метагеномам из термальных местообитаний. В результате совместной работы консорциума выявлены и полностью охарактеризованы новые термостабильные гидролазы с заданными индустриальными партнерами свойствами.

За время существования лаборатории число сотрудников лаборатории выросло с 6 до 16 человек, под руководством которых сейчас выполняет диссертационные работы 6 аспирантов. 3 сотрудников защитили докторские диссертации, 9 – кандидатские. В 2012 году зав. лабораторией д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловская за выдающиеся достижения в области микробиологии стала лауреатом премии им. С.Н. Виноградского  Президиума РАН. Сотрудники лаборатории ежегодно принимают участие в профильных международных научных мероприятиях – конгрессах ISME (Международное Общество микробной экологии), конгрессах  “Extremophiles” и “Thermophiles”, где выступают с приглашенными пленарными и секционными докладами . В 2014 году лаборатория гипертермофильных микробных сообществ была главным организатором 10 Международного конгресса  “Extremophiles-2014”, прошедшего в Санкт-Петербурге и собравшего 450 участников из 40 стран мира, в том числе 90 человек из различных научных и учебных учреждений РФ.

Сотрудники

СОСТАВ ОТДЕЛА

Отдел биологии экстремофильных микроорганизмов (Заведующая: Бонч-Осмоловская Е.А.):

Лаборатория разнообразия и экологии экстремофильных микроорганизмов (Заведующий: Слободкин А.И.)

Лаборатория метаболизма экстремофильных прокариот (Заведующий: Кубланов И.В.)

 

ФИО Ученая степень, звание Должность Место работы Городской телефон Внутренний телефон E-mail
1Кубланов
Илья Валерьевич
к.б.н.зав. лабораторией, г.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729kublanov.ilya@gmail.com
2Слободкин
Александр Игоревич
д.б.н.зав. лабораторией, г.н.с.ИНМИ, комн. 411(499) 135-73-75-aslobodkin@mail.ru
3Бонч-Осмоловская
Елизавета Александровна
д.б.н., профессор, член-корр. РАНзав. отделом, г.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709elizaveta.bo@gmail.com
4Гаврилов
Сергей Николаевич
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729sngavrilov@gmail.com
5Елизаров
Иван Михайлович
-м.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729ivan.elizarov@gmail.com
6Ельченинов
Александр Геннадиевич
-м.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729el.alexander92@yandex.ru
7Заварзина
Дарья Георгиевна
к.г-м.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709zavarzinatwo@mail.ru
8Заюлина
Ксения Сергеевна
-м.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729zauylinakc@yandex.ru
9Кочеткова
Татьяна Вячеславовна
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709slepysh@gmail.com
10Лебединский
Александр Владимирович
к.б.н.И.о. в.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709a.lebedinsky@mail.ru
11Меркель
Александр Юрьевич
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 403(499) 135-81-01-alexandrmerkel@gmail.com
12Мирошниченко
Маргарита Леонтьевна
д.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29-ritam54@gmail.com
13Перевалова
Анна Александровна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 106(499) 135-12-29732annprv@gmail.com
14Подосокорская
Ольга Андреевна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 113а(499) 135-12-29729podosokorskaya@gmail.com
15Попова
Александра Антоновна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 106(499) 135-12-29732alexandra.a.popova@gmail.com
16Прокофьева
Мария Игоревна
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709prokofeva@gmail.com
17Ратникова
Наталия Михайловна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 403(499) 135-81-01-n89ratnikova@gmail.com
18Слободкина
Галина Борисовна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 411(499) 135-73-75-gslobodkina@hotmail.com
19Соколова
Татьяна Геннадиевна
д.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 206(499) 135-12-29709tatso2204@gmail.com
20Тощаков
Степан Владимирович
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 106(499) 135-12-29732stepan.toshchakov@gmail.com
21Фролов
Евгений Николаевич
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 106(499) 135-12-29732evgenii_frolov_89@mail.ru
22Хомякова
Мария Александровна
-н.с.ИНМИ, комн. 403(499) 135-81-01-mary_klimova@mail.ru
23Черных
Николай Алексеевич
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 412(499) 135-81-01-chernyh3@yandex.ru

 

 

Оборудование

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ


Название оборудования/ коллекции Место нахождения
1 Установка для анаэробного приготовления среды, в том числе с газообразными субстратами ИНМИ комн. 206
2 Проточный ферментер «Infors» для культивирования термофильных микроорганизмов, в том числе анаэробных ИНМИ комн. 207
3 Коллекция термофильных прокариот (собственные изоляты, в основном представляющие новые таксоны) ИНМИ комн. 206, 207, 411

 

Публикации

ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ
  1. Prokofeva M.I., Miroshnichenko M.L., Kostrikina N.A., Chernyh N.A., Kuznetsov B.B., Turova T.P., Bonch-Osmolovskaya E.A. Acidilobus aceticus gen. nov. and sp. nov., a new acidophilic anaerobic hyperthermophilic archaeum from continental hot vents of Kamchatka. — Intern. J. Syst. Bacteriol, 2000, 50:2001-2008
  2. Miroshnichenko M.L., Kostrikina N.A., L’Haridon S., Jeanthon S., Hippe S., Stackebrandt E., Bonch-Osmolovskaya E.A. Nautilia lithotrophica gen. nov., sp. nov., a thermophilic sulfur-reducing epsilon proteobacterium isolated from a deep-sea hydrothermal vent. — J. System. Evol. Microbiol., 2002, 52:1299-1304
  3. Bonch-Osmolovskaya E.A., Miroshnichenko M.L., Lebedinsky A.V., Chernyh N.A., Nazina T.N., Ivoilov V.S., Belyaev S.S., Boulygina E.S., Lysov Yu. P., Perov A.N., Mirzabekov A.D., Hippe H., Stackebrandt E., L’Haridon S., Jeanthon C. Radioisotopic, culture-based and oligonucleotide microchip analyses of thermophilic microbial communities in a continental high-temperature petroleum reservoir. — Appl. Environm. Microbiol., 2003, 69:6143-6151
  4. Miroshnichenko M.L., Kostrikina N.A., Chernyh N.A., Pimenov N.V, Tourova T.P., Antipov A.N., Spring S., Stackebrandt E., Bonch-Osmolovskaya E.A. Caldithrix abyssi gen. nov., sp. nov., a nitrate-reducing, thermophilic, anaerobic bacterium isolated from a Mid-Atlantic Ridge hydrothermal vent, represents a novel bacterial lineage. — Int. J. System. Evol. Microbiol., 2003, 53:323-329
  5. Miroshnichenko M.L., L’Haridon, S., Schumann, P., Spring, S., Bonch-Osmolovskaya, E.A., Jeanthon, C.,  Stackebrandt, E. Caminibacter profundus sp. nov., isolated from a deep-sea hydrothermal vent represents a novel thermophilic bacterium of the Nautiliales ord. nov. within the class «Epsilonproteobacteria». — Int. J. System. Evol. Microbiol., 2004, 54:41-45
  6. Sokolova T.G., Jeanthon C., Kostrikina N.A., Chernyh N.A., Lebedinsky A.V., Stackebrandt E., Bonch-Osmolovskaya E.A. The first evidence of anaerobic CO oxidation coupled with H2 production by a hyperthermophilic archaeon isolated from deep-sea hydrothermal vents. — Extremophiles, 2004, 8:317-323
  7. Miroshnichenko M.L., Bonch-Osmolovskaya E.A. Recent developments in the thermophilic microbiology of deep-sea hydrothermal vents. — Extremophiles, 2006, 8:317-323
  8. Perevalova A.A., Kolganova T.V., Birkeland N.-K., Schleper C., Bonch-Osmolovskaya E.A., Lebedinsky A.V. Distribution of Crenarchaeota representatives in terrestrial hot springs of Russia and Iceland. — Appl. Envrionm. Microbiol., 2008, 74:7620-7628
  9. Kublanov I.V., Perevalova A.A., Slobodkina G.B., Lebedinsky A.V., Bidzhieva S.Kh., Kolganova T.V., Kaliberda E.N., Rumsh L.D., Haertle T., Bonch-Osmolovskaya E.A. Biodiversity of thermophilic prokaryotes with hydrolytic activities in hot springs of Uzon Caldera, Kamchatka. — Appl. Environm. Microbiol., 2009, 59:1743-1747
  10. Miroshnichenko M. L., Lebedinsky A. V., Chernyh N. A., Tourova T. P., Kolganova T. V., Spring S. Caldimicrobium  rimae gen. nov., sp. nov., a novel extremely thermophilic facultatively lithoautotrophic anaerobic bacterium from the Uzon Caldera, Kamchatka. — Int. J. System. Evol. Microbiol., 2009, 59:1040-1044

 

Международные проекты

МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО

Фонд/ программа
Акроним Наименование проекта на английском языке Наименование проекта на русском языке Период проведения работ Страны-участницы Сайт проекта
1 Седьмая Рамочная Программа Европейского Сообщества Hotzyme Systematic screening for thermostable hydrolases Системный скрининг термостабильных гидролаз 2012 – 2015 Дания, Нидерланды, Великобритания, Норвегия, Италия, Германия, Греция, Россия, Швейцария
2 ERA.Net RUS Plus, РФФИ EXTREMOPHARM Bioprospecting of novel cytotoxic and biocidic secondary metabolites in extremophilic microorganisms Поиск новых цитотоксических и биоцидных вторичных метаболитов, продуцируемых экстремофильными микроорганизмами Russia, France, Germany

 

Диссертации

ЗАЩИЩЕННЫЕ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертант Диссертация Тема работы Научный руководитель/ консультант
Год защиты
1 Мирошниченко М.Л. докторская Биоразнообразие анаэробных термофильных микроорганизмов морских гидротермальных полей 2005
 2 Слободкин А.И. докторская Термофильные железовосстанавливающие прокариоты Бонч-Осмоловская Е.А. 2008
3 Соколова Т.Г. докторская Термофильные гидрогеногенные карбоксидотрофные прокариоты Бонч-Осмоловская Е.А., Заварзин Г.А. 2008
 4 Слободкина Г.Б. кандидатская Молекулярная детекция представителей гипертермофильных архей и характеристика архейной термостабильной ДНК-полимеразы Бонч-Осмоловская Е.А. 2005
 5 Прокофьева М.И. кандидатская Анаэробные термоацидофильные микробные сообщества Бонч-Осмоловская Е.А. 2006
 6 Перевалова А.А. кандидатская Молекулярная детекция и разнообразие Crenarchaeota в наземных горячих источниках Бонч-Осмоловская Е.А. 2007
 7 Гаврилов С.Н. кандидатская Физиологические и биохимические механизмы диссимиляционного восстановления Fe(III) термофильной бактерией Carboxydothermus ferrireducens (syn. Thermoterrabacterium ferrireducens) Слободкин А.И. 2007
 8 Кубланов И.В. кандидатская Новые анаэробные термофильные прокариоты и их гидролитические ферменты Бонч-Осмоловская Е.А. 2007
 9 Слепова Т.В. кандидатская Гидрогеногенные карбоксидотрофные прокариоты в горячих источниках Камчатки Соколова Т.Г. 2008
 10 Козина И.В. кандидатская Молекулярная детекция и новые фенотипические свойства термофильных бактерий родов Thermoanaerobacter и Caldanaerobacter Бонч-Осмоловская Е.А. 2008
11 Непомнящая Я.Н. кандидатская Филогенетическое разнообразие микроорганизмов в термофильных железовосстанавливающих сообществах Нетрусов А.И., Слободкин А.И. 2010
12 Меркель А.Ю. кандидатская Молекулярная экология метаногенных и метанотрофных архей гидротермальных мест обитания Черных Н.А. 2013
13 Подосокорская О.А. кандидатская Новые анаэробные целлюлолитические микроорганизмы Бонч-Осмоловская Е.А. 2013

 

Награды

НАГРАДЫ, ПРЕМИИ, ОТЛИЧИЯ, БЛАГОДАРНОСТИ (за научную и научно-организационную деятельность)
Сотрудники Вид премии/ награды Наименование премии/ награды Год присуждения
1 Бонч-Осмоловская Е.А. Премия Президиума РАН Премия им. С.Н. Виноградского за выдающиеся достижения в области микробиологии 2012