Лаборатория реликтовых микробных сообществ

НВПименов_2 Пименов Николай Викторович
Заведующий лабораторией
Заместитель директора по научной работе
доктор биологических наук
ИНМИ, комн. 501
Телефон +7 (499) 135-12-29, доб. 705
E-Mail npimenov@mail.ru

Основное

ОПИСАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛАБОРАТОРИИ

Ключевые слова
микробные сообщества, анаэробные прокариоты, алкалофилы, психрофилы, цианобактерии, биогеохимический цикл метана, серы, железа, анаммокс

Направления исследований

  • Исследования анаэробных прокариот из реликтовых биотопов
  • Исследования биогеохимических факторов преобразований минералов железа в анаэробной обстановке
  • Изучение трофических взаимодействий в алкалофильном микробном сообществе
  • Изучение разнообразия и геохимических функций цианобактерий экстремальных местообитаний
  • Изучение бактериального разнообразия природных экосистем холодных местообитаний
  • Изучение биоразнообразия и геохимической активности микроорганизмов морских и пресных водоемов
  • Исследования микроорганизмов, обеспечивающих удаление биогенного азота и фосфора из коммунальных стоков, и разработка новых биотехнологий очистки сточных вод

Основные методы исследований

  • Выделение в чистую культуру бактерий и архей всех известных физиологических групп (кроме патогенных) из любых доступных экотопов. Методы культивирования аэробных, анаэробных и фототрофных микроорганизмов
  • Определение, описание и интерпретация морфофизиологических характеристик выделенных штаммов, требующихся как для публикации в научных журналах, так и для прикладных работ
  • Выращивание в ферментере (до 10 л) граммовых количеств биомассы аэробных и анаэробных бактерий для биохимических нужд
  • Определение низкомолекулярных метаболитов и продуктов брожения микроорганизмов на базе газожидкостного (газы, летучие жирные кислоты, спирты и др.) и ВЭЖХ (нелетучие жирные кислоты, сахара, полиолы) хроматографов
  • Количественное определение (мол %) содержания ГЦ в ДНК прокариот. Проведение ДНК-ДНК гибридизации культур микроорганизмов методом оптической реассоциации
  • Методы флюоресцентной визуализации прокариотных клеток (FISH, CARD-FISH), современные методы молекулярной экологии (PCR, DGGE, секвенирование)
  • Измерение скоростей процессов сульфатредукции, образования и окисления метана, а также темновой и световой ассимиляции углекислоты радиоизотопным методом
  • Оценка геохимической активности микроорганизмов по измерению изотопного состава углерода (δ13C) метана, углекислоты и органического вещества

Краткая история лаборатории
Лаборатория была организована в 1960 г., и ее руководителем стал будущий академик РАН, а тогда к.б.н. Георгий Александрович Заварзин (1933-2011). В течение полувека он был ее лидером и идеологом многих направлений природоведческой микробиологии. Первое название лаборатории, “Отдел физиологии хемосинтезирующих микроорганизмов”, а с 1986 г. ”Лаборатория литотрофных микроорганизмов“ отражало ее специализацию на изучении микроорганизмов, использующих неорганические соединения для получения энергии. Новый способ жизни (хемосинтез) был открыт в XIX веке русским ученым – естествоиспытателем С.Н. Виноградским и бактерии, осуществляющие этот процесс, как важнейшие геохимические агенты, стали одним из основных объектов исследований. Изучение в лаборатории новых и трудно культивируемых организмов, таких как почкующихся и литотрофных: нитрифицирующих, тионовых, железо-окисляющих и железо-восстанавливающих, марганец-окисляющих, водородных и СО-окисляющих бактерий, а в дальнейшем различных групп экстремофильных микроорганизмов (термо-, гало-, алкало-, психро-, ацидо- и омброфильных) внесло значительный вклад в расширение знаний о функциональном биоразнообразии микробного мира.

Особое внимание уделялось организмам с газовым питанием, поскольку микробный газовый фильтр представляет собой явление глобального масштаба, определяя состав атмосферы Земли. В окислительном газовом фильтре изучались водород и СО-окисляющие бактерии, в восстановительном – метанобразующие археи. Интерес к водородокисляющим бактериям был обусловлен и многими прикладными задачами, такими как системы с замкнутым жизнеобеспечением (подводные лодки и орбитальные станции), крупнотоннажное производство белка одноклеточных, водородная энергетика, получение полиоксиалканоатов – биоразрушаемых полимеров нового поколения для медицины. Эти аспекты, получившие развитие в Красноярском институте биофизики СО АН СССР базировались на созданной в лаборатории коллекции водородных и СО-окисляющих бактерий, из которых высокопродуктивный штамм Alcaligenes eutrophus Z-1 имел первостепенное значение (см. монографию Воловой Т.Г. и др., Красноярск, 2006, 288 с.; Волова Т.Г. “Водородные биотехнологии” 2010). Особое место в трансформации газов занимает окисление окиси углерода. В лаборатории были выделены и изучены первые СО-окисляющие бактерии названные карбоксидобактериями, послужившие затем вместе с другими бактериями этой группы, выделенными О. Мейером (ФРГ), объектами для детального исследования СО-дегидрогеназы. И водородные, и карбоксидобактерии относятся к автотрофам, группе микроорганизмов, слабо изученных в то время, поэтому исследования лаборатории первого, 20-летнего, периода были во многом приоритетными. Выяснение биохимических механизмов автотрофии при хемосинтезе проводилось совместно с к.б.н. А.К. Романовой в лаборатории к.х.н. Н.Г. Домана в Институте биохимии им. А.Н. Баха АН СССР. Работы лаборатории тех лет по разным группам литотрофных бактерий были обобщены в монографиях Г.А. Заварзина «Литотрофные микроорганизмы», «Водородные бактерии и карбоксидобактерии», «Бактерии и состав атмосферы», вышедших в 1972, 1978 и 1984 гг. Позже, обобщения по другой группе литотрофов – свободноживущих микоплазм, окисляющих железо, были представлены В.В. Балашовой в ее монографии «Микоплазмы и железобактерии», 1974.

Одновременно с изучением чистых культур приходило понимание первостепенного значения кооперативных взаимодействий микроорганизмов в биоценозах, где метабиотические и синтрофные отношения играют определяющую роль. Наиболее наглядно эти отношения выявляются в анаэробных микробных сообществах, осуществляющих деструкцию органического вещества. Образование конечного продукта деструкции, метана, осуществляется высокоспециализированной группой архей – метаногенами.

В лаборатории, впервые в стране, были начаты работы с этими труднокультивируемыми и строго анаэробными организмами, что потребовало разработки принципиально новой микробиологической техники и методических подходов для их культивирования. Стало возможным начать исследования по изучению трофических связей в микробных сообществах цикла метана и выделить характерных бактериальных агентов, ответственных за образование и окисление метана. Здесь же на трофическом уровне была выявлена регулирующая роль водорода в анаэробном сообществе.

В 1979 году к лаборатории был присоединен отдел фотосинтезирующих микроорганизмов, руководимый д.б.н., проф. С.В. Горюновой, что дало возможность начать исследовать и продукционные процессы сообщества, осуществляемые цианобактериями. Изучение термофильных цианобактериальных сообществ наземных гидротермальных экосистем, и цианобактерий, как первичных продуцентов в них, осуществляющих трансформацию глубинных газовых эксгаляций, дало понимание своеобразия кальдерных микроорганизмов, обеспечивающих взаимосвязь геологических и биологических процессов и их роли в создании кислородной атмосферы Земли (см. коллективную монографию под ред. Г.А. Заварзина «Кальдерные микроорганизмы» 1989). Исследования анаэробной деструкции в термофильных матах привели к открытию новых в то время микробных процессов: анаэробного окисления окиси углерода с образованием водорода, диссимиляторного восстановления трехвалентного железа и элементной серы. Эти процессы, наряду с исследованием биоразнообразия микробов их осуществляющих, получили в дальнейшем успешное развитие в лаборатории термофильных микробных сообществ под руководством д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловской, выделившейся в самостоятельное подразделение в 1996 г.

Новый системный подход, введенный Г.А. Заварзиным в изучении микробных сообществ как целостной системы, выражающийся в исследовании взаимосвязи микроорганизмов между собой и средой обитания и позволяющий установить значимость осуществляемого микробным сообществом процесса для функционирования природной экосистемы, был в дальнейшем продемонстрирован при изучении микробных сообществ различных экстремальных экосистем – от высокоминерализованных (гипергалинные и содовые озера) до ультрапресных кислых болот.

Исследование трофической организации цианобактериальных галофильных матов – аналогов древних строматолитов, составлявших основу биосферы Земли в докембрийский период, привело к открытию новой группы умеренно и экстремально-галофильных метилотрофных метаногенных архей, использующих исключительно метиламины в качестве субстрата.

Была установлена взаимосвязь специфического для морских систем метилотрофного пути метаногенеза с трофическим путем анаэробного разложения осмопротекторов в галофильном сообществе.

Был открыт экстремально галофильный гомоацетоген, способный разлагать осмопротектор бетаин с образованием метиламинов.

В совокупности с исследованием новых анаэробных целлюлозо- и сахаролитических галофилов было реконструировано трофическое взаимодействие между организмами разных функциональных групп в цианобактериальном сообществе соленых лагун Сиваша (Крым).

Изучение галофильных цианобактериальных матов in situ, разнообразия цианобактерий в них, а также их лабораторное моделирование и способность цианобактерий к минералообразованию дало возможность воссоздать события эпохи массового образования строматолитов в докембрии. Эти, во многом приоритетные, исследования продолжались более 10 лет.

Смещение интересов от изучения чистых культур к сообществам микроорганизмов отразилось в смене названия лаборатории. В 1991 году она становится «Лабораторией микробных сообществ», которая в 1996 году преобразуется в «Отдел микробных сообществ» под руководством академика РАН Г.А. Заварзина, состоявший из трех лабораторий: «Реликтовых микробных сообществ» (зав. лаб., акад. Г.А. Заварзин), «Термофильных микробных сообществ» (зав. лаб. д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловская) и «Антропогенных микробных сообществ» (зав. лаб., д.б.н. А.Н. Ножевникова).

К 90-м годам накопление большого объема экспериментального материала по конкретным группам микроорганизмов вместе с теоретическим обоснованием Г.А. Заварзиным кооперативных отношений между микробами привело к ясному пониманию главенствующей роли микробных сообществ, как в формировании, так и в функционировании современной биосферы Земли.

В 1993 году Г.А. Заварзиным была выдвинута гипотеза об эпиконтинентальных содовых водоемах как центрах происхождения современного биоразнообразия прокариот на «содовом континенте». Так был обозначен поворот в сторону изучения алкалофильных микробных сообществ наземных экосистем, ранее не исследовавшихся.

Первые же работы по выделению алкалофилов из высокоминерализованного содового озера Магади (Кения) показали удивительное таксономическое и функциональное разнообразие биоценоза. Последующие работы лаборатории на щелочных озерах других географических регионов (Забайкалье, Тува, Алтай) подтвердили правильность и новизну выбранного направления.

На основе впервые выделенных и изученных представителей основных функциональных групп в алкалофильном анаэробном сообществе (сульфатредукторы, железоредукторы, гомоацетогены, целлюлозолитики, сахаролитики и протеолитики) была установлена полноценность и автономность его трофической системы, необходимой для замыкания основных биогеохимических циклов.

Полученные результаты дали основание рассматривать микробные сообщества содовых озер как реликтовые аналоги наземных сообществ раннего Протерозоя.

Одним из важных направлений работы лаборатории являлось изучение разнообразия и экофизиологии алкалофильных цианобактерий. Из содовых озер Африки и Алтайского края России были выделены первые экстремально натронофильные цианобактерии и выявлены особенности их СО2-концентрирующего механизма (ССМ). Изучение процессов минерализации цианобактерий и циано-бактериальных матов различных экониш, сравнение морфологии экспериментально полученных микрофоссилий с биоморфными структурами древних фосфоритов, кремнистых и карбонатных пород, показали их идентичность, что позволило говорить о важной роли галоалкалофильных цианобактерий в образовании карбонатных пород в прошлом. Это послужило основой для открытия нового направления в палеонтологии – бактериальной палеонтологии.

Под это направление в 1998 году совместно с Палеонтологическим институтом им. А.А. Борисяка РАН была создана межинститутская лаборатория «Бактериальная палеонтология земных и внеземных объектов», которая работает и сейчас. Работы 15-летнего периода лаборатории реликтовых микробных сообществ суммированы в 14 томе Трудов Института микробиологии им. С.Н. Виноградского “Алкалофильные микробные сообщества” (М.: Наука, 2007. 398 с.).

Наряду с продолжающимся исследованием галоалкалофильных микробных сообществ (анаэробы – группа д.б.н. Т.Н. Жилиной; цианобактерии – группа д.б.н. Л.М. Герасименко), в лаборатории с середины 2000 г. Г.А. Заварзиным было задано новое направление работ по изучению микробных сообществ ультрапресных наземных экосистем, имеющих дождевое питание. Для микробных обитателей ультрапресных вод им был предложен термин «омброфилы».

Изучение омброфилов осуществляли две исследовательские группы, д.б.н. Л.В. Васильевой и д.б.н. С.Н. Дедыш. В фокусе исследований группы Л.В. Васильевой – микроорганизмы темноцветных дистрофных вод, образующихся при разложении древесины в ультрапресных условиях, тогда как группа С.Н. Дедыш специализировалась на изучении микробных сообществ сфагновых болот. Последняя в 2008 г., получила статус лаборатории “Микробиологии болотных экосистем“, входящей в состав отдела «Микробных сообществ». В 2012 г. она выделилась в самостоятельное подразделение с тем же названием.

Таким образом, лаборатория, возглавляемая академиком Г.А. Заварзиным, явилась родоначальницей трех новых лабораторий, появившихся в составе Института в течение последних 15 лет и нескольких новых направлений, по которым российские микробиологи имеют неоспоримый приоритет. Исследования этих научных коллективов имеют общую научную идеологию, которая может быть охарактеризована как Биосферная Микробиология.

С 2012 года заведующим лабораторией реликтовых микробных сообществ стал д.б.н. Н.В. Пименов. Сегодня лаборатория развивает основные научные направления, заложенные академиком Г.А. Заварзиным в области исследования функционального разнообразия микробного мира, роли микробных сообществ в биосфере прошлого (происхождение и эволюция биосферы) и настоящего (экофизиологическая роль бактерий и их участие в формировании атмосферы, а также влияние на состав морских и континентальных водных экосистем). Совместно с АО «Мосводоканал» проводятся также исследования микробного сообщества активного ила очистных сооружений для разработки новых и совершентсвования известных биотехнологий очистки сточных вод от биогенного азота и фосфора. В 2016 г. на Люберецких очистных сооружениях запущена 20 м3 пилотная установка «Анаммокс», обеспечивающая эффективную очистку сточных вод от аммония.

Достижения

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Главным объектом исследования лаборатории в последние двадцать лет было сообщество алкалофильных микроорганизмов содовых местообитаний, которые образуются в результате углекислотного выщелачивания выстилающих пород как крайний результат развития гидрохимической системы в бессточных областях.

Принципиальная постановка задачи состояла в том, что содовые (карбонатные) экосистемы являются типично континентальными в отличие от хлоридной океанической. Микробы содовых озер имеют общебиологическое значение как экстремальные представители геохимической области субаэрального углекислотного выщелачивания, определивший в далеком прошлом состав атмосферы. Исследование в нашей лаборатории сообществ алкалофилов позволило выдвинуть и обосновать гипотезу континентального развития микробиоты в противоположность традиционному представлению «жизнь пришла из моря».

Основное внимание уделялось функциональным характеристикам организмов, входящих в сообщество. Наиболее важными из них признаются трофические особенности, позволяющие представить сообщество как кооперативную трофическую систему. В результате проведенных исследований получена довольно полная картина трофических взаимодействий в анаэробной щелочной экосистеме, что было показано нами на примере высокоминерализованных самосадочных содовых озер Магади (Кения) и Танатары (Алтайский край), а также более распространенных щелочных озер умеренной минерализации Центральной Азии (Тува и Бурятия), более представительных для внутриконтинентальных систем. В ходе этой работы были выделены, изучены и валидированы представители основных функциональных групп алкалофилов при рН 10 и минерализации 10-200 г/л по карбонатам:

  • Открыта группа диссипотрофных сахаролитических бродильщиков представленных галоанаэробами – Halonatronum saccharophilum gen. nov., sp. nov., клостридиями – Anoxynatronum sibiricum gen. nov., sp. nov., Alkalibacter saccharofermentans gen. nov., sp. nov., бациллами – видами рода Amphibacillus – A. tropicus, A. fermentum, спирохетами Spirochaeta africana, S. asiatica, S. alkalica. Установлено филогенетическое разнообразие алкалофильных сахаролитиков.
  • Открыта группа гидрогенотрофных алкалофильных сульфатвосстанавливающих бактерий с двумя новыми родами Desulfonatronovibrio gen. nov., и Desulfonatronum gen. nov., с тремя видами – Dnv. hydrogenovorans, Dn. lacustre, Dn. cooperativum, осуществляющие сульфидогенез, наиболее значимый процесс на заключительных этапах деструкции органического вещества в содовых озерах.
  • Открыта группа алкалофильных органотрофных ацетогенов, важных участников цикла углерода в содовых озерах, представленная новыми родами Natroniella gen. nov., N. acetigena; и Natronincola gen. nov., N. hystidinivorans, N. peptidivorans, N. ferrireducens.
  • Открыта группа экстремально натронофильных, гидрогенотрофных и литотрофных гомоацетатных бактерий рода Fuchsiella gen. nov., F. alkaliacetigena, F. ferrireducens а также группа метаногенных архей представленная Methanocalculus natronophilus sp.nov., fam. nov.
    Обе группы играют важную роль в стоке водорода в сообществах содовых водоемов и возможно главную в алкалофильных сообществах докембрийского периода.
  • Впервые выделены анаэробные алкалофилы разлагающие биополимеры клетки: целлюлозу – Clostridium alkalicellulosum sp. nov., крахмал и пектин – Alkaliflexus imshenetskii gen. nov., sp. nov. Установлено, что окисление ацетата, появляющегося на первом этапе гидролиза целлюлозы, завершается сульфидогенезом и осуществляется синтрофной культурой Contubernalis alkalaceticum в паре с гидрогенотрофными сульфатредукторами.
  • Впервые изучены процессы диссимиляторной железоредукции в щелочных условиях с участием как природных, так и синтезированных минералов железа.
  • Выделен в чистую культуру и описан первый диссимиляторный алкалофильный железоредуктор Geoalkalibacter ferrihydriticus gen. nov., способный восстанавливать синтезированные ферригидрит и магнетит.
  • Впервые открыто взаимодействие в системе: алкалофильный микроорганизм – гидрослюды.
  • Доказана способность G. ferrihydriticus использовать трехвалентное железо, входящее в состав таких минералов, как биотит и глауконит.
  • Выделены и описаны два новых рода железоредукторов-пептолитиков, Natranaerobaculum gen. nov. и Anaerobacillus gen. nov., способных неспецифически восстанавливать синтезированный ферригидрит.
  • Впервые доказана способность к железоредукции экстремально алкалофильных гомоацетогенных бактерий рода Fuchsiella.
  • Впервые изучены процессы биологической деструкции первичных продуцентов в алкалофильном микробном сообществе, выделен протеолитик, осуществляющий этот процесс – Proteinivorax tanatarense gen. nov., sp. nov., fam. nov. Данное направление представляется перспективным как с позиций фундаментальной микробиологии, так и практического выхода в виде получения протеаз.

С начала 90-х годов прошлого века в лаборатории было выделено и описано 2 новых семейства, 14 новых родов и 29 новых видов анаэробных алкалофилов.

Другим направлением работы лаборатории является изучение функционального и таксономического разнообразия галоалкалофильных цианобактерий и цианобактериальных сообществ, а также их роли в формировании и трансформации осадочных пород и осадочных полезных ископаемых.

Такие сообщества были исследованы в содовых и щелочных солёных озёрах России и Восточно-Африканского Рифта. Показано, что разнообразие цианобактерий, приспособленных к жизни в этих местообитаниях, покрывает широкий спектр морфотипов одноклеточных, гетероцистных и нитчатых цианобактерий.

Создана рабочая коллекция цианобактерий, выделенных из озёр Кулундинской степи, Забайкалья, а также Кении, Танзании, Турции. Коллекция включает штаммы галоалкалофильных и натронофильных нитчатых, одноклеточных и гетероцистных цианобактерий следующих родов и филогенетических групп: Geitlerinema, Nodosilinea, Chroococcus, Cyanobacterium, Leptolyngbya, Euhalothece, Trichormus, Nodularia, Phormidium.

Наши исследования стали первыми в изучении транспорта бикарбоната в клетки натронофильных цианобактерий при работе CO2-концентрирующего механизма (CCM).

Все прошлые исследования, посвященные изучению ССМ, были проведены на модельных пресноводных и морских штаммах. При изучении структуры и функций CCM на примере одноклеточной ‘Euhalothece natronophila’ Z-M001, выделенной из озера Магади (Кения), показано, что экстремофильные галоалкалофильные цианобактерии обладают полноценным ССМ, имеющим структуру и принципы функционирования, аналогичные таковым у пресноводных и морских цианобактерий: несколько транспортных систем (ТС) для бикарбоната, наличие систем карбоангидраз и карбоксисом.

Однако, сродство ТС галоалкалофильных цианобактерий к субстрату на три порядка ниже сродства к субстрату ТС пресноводных штаммов, что делает их уникальными и необходимыми для приспособления к сезонным гидрохимическим циклам содовых озёр.

Таким образом, основная функция ССМ у галоалкалофильных цианобактерий, обусловленная кинетическими характеристиками ТС, заключается не столько в концентрировании, сколько в регулировании количества бикарбоната, поступающего в клетку, с тем, чтобы, с одной стороны, насытить центры карбоксилирования рибулозо-бисфосфат-карбоксилазы, а с другой – защитить клетку от избыточного проникновения бикарбоната, способного повлиять на внутриклеточный гомеостаз.

При изучении природных образцов современных и ископаемых строматолитов выявлена аналогия между современными цианобактериями и микрофоссилиями различного возраста.

Разработана методика лабораторного моделирования структур, сходных со строматолитами и онколитами, что в сочетании с изучением ископаемого материала позволило определить важную роль цианобактериальных сообществ в образовании различных минералов, в частности Ca-Mg-карбонатов (в т.ч. доломита), фосфатных минералов и силикатов.

Еще одним направлением лаборатории является исследование бактериального разнообразия природных экосистем холодных местообитаний – заполярной тундры России (Воркута, Югорский полуостров, Колыма, Чукотка), а также Аляски и Антарктиды.

Проведено определение активности микробных сообществ в условиях in situ, а также изучение отдельных представителей сообщества: выделение чистых культур бактерий; изучение их экофизиологических особенностей, установление таксономического положения и роли в круговороте углерода.

В ходе многолетних исследований показано, что несмотря на экстремальные физико-химические условия, микробные сообщества почв холодных экосистем состоят из разнообразных по видовому составу микроорганизмов.

Нами были выделены в чистые культуры и описаны психрофильные и психротолерантые бактерии разных физиологических групп: Methylobacter psychrophilus sp.nov., Asticcacaulis benevestitus sp.nov., Methylocella tundra sp. nov., Caulobacther sp., Methylorozula polaris gen. nov., sp. nov. Среди них имеются представители олиготрофных, гетеротрофных, метилотрофных, а также метанотрофных бактерий.

Радиоизотопным методом в разных типах почв выявлена активность метанокисляющих бактерий в интервале температур от 5 до 15°С, что свидетельствует о наличии в почвах активных психрофильных метанокисляющих бактерий, выполняющих функцию «метанового фильтра» в заполярной тундре.

Экспериментально подтверждена концепция академика Г.А. Заварзина о группе омброфильных бактерий. Изучено видовое разнообразие омброфильного сообщества, участвующего в формировании ультрапресных кислых дистрофных вод в лесо-болотных экосистемах в связи с деструкцией древесины ксилотрофными грибами.

Определены основные потребители органических соединений, образующихся в процессе деструкции: Xanthobacter xylophilus sp. nov., Ancylobacter abiegnus sp. nov., Singulisphaera mucilagenosa sp. nov., Spirosoma xylofaga sp. nov. В зависимости от субстратной специфичности омброфилы принадлежали к сахаролитикам, ацидотрофам и метилотрофам.

Показано, что они также являлись олиготрофами и диссипотрофами и адаптированы к росту в кислых и ультрапресных условиях. Показана их трофическая связь с ксилотрофными грибами. С начала 2000-х годов было выделено и описано 1 новый род и 8 новых видов.

В последние годы сотрудниками лаборатории проведены исследования микробных сообществ Черного и Балтийского морей, а также озера Байкал.

Впервые установлено, что в аэробных водах Черного моря и Балтийского морей присутствуют жизнеспособные клетки сульфатредуцирующих бактерий разных филогенетических групп.

Из аэробных вод Черного выделен и описан новый вид сульфатредуцирующих бактерий Desulfofrigus euxinus, обладающий развитой системой защиты от окислительного стресса.

С использованием высокоэффективного секвенирования впервые получены данные о распространеннии разных групп архей в водной толще основных гидрохимических слоев Черного моря. Наиболее многочисленная группа архей была представлена филогенетическим кластером Marine Group II, относящимся к филуму Euryarchaeota.

Биогеохимическими и молекулярными методами выявлены активность и структура микробного сообщества донных осадков в газонасыщенных осадках Гданьской впадины. Количественно определена численность архей и эубактерий, показано наличие представителей пяти семейств СРБ и двух групп метанотрофных архей ANME 1 и ANME 2.

Установлено, что несмотря на низкое содержание сульфатов, в поверхностных осадочных отложениях различных районов оз. Байкал обнаружена активность сульфатредукции, обусловленная жизнедеятельностью сообщества сульфатредуцирующих бактерий, в составе которого идентифицированы представители рода Desulfosporosinus и порядка Clostridiales.

Впервые представлены доказательства существования в восстановленных осадочных отложениях оз. Байкал масштабного процесса анаэробного окисления метана, сопоставимого с активностью аэробных метанотрофных бактерий в поверхностныхъ окисленных илах.

В очистных сооружениях АО Мосводоканал выявлен активный процесс анаэробного окисления аммония (анаммокс), охарактеризован новый вид анаммокс бактерий Candidatus “Jettenia moscovienalis”.

Работы лаборатории выполнялись в рамках различных международных программ, грантов РФФИ и программ Президиума РАН “Происхождение жизни и эволюция гео-биологических систем”, “Проблемы происхождения жизни и становления биосферы”, “Молекулярная и клеточная биология”, “Изменение окружающей среды и климата: природные и связанные с ними техногенные катастрофы“, а также госконтрактов с “Минобрнаукой“.

За годы своего существования в лаборатории было подготовлено 7 докторов и 27 кандидатов наук, а также выполнены десятки дипломных работ выпускниками вузов. В настоящее время в состав лаборатории входят 3 доктора и 10 кандидатов наук.

Сотрудники

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

ФИО Ученая степень, звание Должность Место работы Городской телефон Внутренний телефон E-mail
1Пименов
Николай Викторович
д.б.н.зав. лабораторией/ зам. директора по научной работе ИНМИ, комн. 501(499) 135-12-29705npimenov@mail.ru
2Берестовская
Юлия Юрьевна
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 517(499) 135-04-41-jberestovskaja@mail.ru
3Болтянская
Юлия Владимировна
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 107(499) 135-12-29702Julia_bol@rambler.ru
4Брюханов
Андрей Леонидович
к.б.н., доцентс.н.с.ИНМИ, комн. 502(499) 135-11-12-brjuchanov@mail.ru
5Васильева
Лина Васильевна
д.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 517(499) 135-04-41-lvasilyeva@mail.ru
6Власова
Мария Александровна
-м.н.с.ИНМИ, комн. 512(499) 135-11-12-kagasyka@mail.ru
7Деткова
Екатерина Николаевна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 107(499) 135-12-29702detkovkate@rambler.ru
8Жилина
Татьяна Николаевна
д.б.н.г.н.с.ИНМИ, комн. 509(499) 135-01-31-zhilinat@mail.ru
9Захарова
Елена Евгеньевна
-м.н.с.ИНМИ, комн. 507(499) 135-79-77-vilenta@gmail.com
10Каллистова
Анна Юрьевна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 512(499) 135-11-12-kallistoanna@mail.ru
11Канапацкий
Тимур Александрович
к.б.н.н.с.ИНМИ, комн. 512(499) 135-11-12-timkanap@yandex.ru
12Кевбрин
Вадим Владимирович
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 509(499) 135-01-31-kevbrin@inmi.ru
13Самылина
Ольга Сергеевна
к.б.н.с.н.с.ИНМИ, комн. 517(499) 135-04-41-olga.samylina@gmail.com
14Сердюков
Дмитрий Владимирович
-инженерИНМИ, комн. 506--dimse@ya.ru

 

Разработки

ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ

Статус Наименование разработки Дата Где Краткое описание
1 Планируется к внедрению Разработка биотехнологического процесса окисления аммония микроорганизмами в бескислородных условиях для очистки сточных вода 2016 АО Мосводоканал Разработка высокоэффективной технологии микробиологической очистки сточных вод на основе процесса аноксидного окисления аммония «Анаммокс» с помощью отселектированных микробных консорциумов. В 2016 году на АО Мосводоканал планируется запустить однореакторную пилотную установку аноксидного (бескислородного) окисления аммония объёмом 20-25 м3, эффективно работающую при температурах 25-38оС

Оборудование

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ


Название оборудования/ коллекции Место нахождения
1 Коллекция галоалкалофильных анаэробов ИНМИ, комн. 509
2 Коллекция галоалкалофильных цианобактерий ИНМИ, комн. 517
3 Коллекция омброфильных бактерий ИНМИ, комн. 517
4 Коллекция сульфатредуцирующих бактерий ИНМИ, комн. 512

 

Публикации

ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ
  1. Gerasimenko L., Zavarzin G.A., Rozanov A.Yu., Ushatinskaya G.T. Cyanobacterial mats and mineralization of cyanobacteria. — SPIE Proceedings. Vol. 3441. Instruments, Methods and Missions for Astrobiology / Ed. R.B. Hoover, 1998, p. 254–263 (DOI: 10.1117/12.319850)
  2. Zavarzin G.A., Zhilina T.N. Anaerobic chemotrophic alkaliphiles. — Journey to Diverse Microbial Worlds – Adaptation to Exotic Environments / Ed. J. Seckbach. Kluwer Academic Publishers. The Netherlands, 20006 p. 191–208 (DOI: 10.1007/978-94-011-4269-4_14)
  3. Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. — Учебник, 2004, М.: Наука
  4. Заварзина Д.Г., Колганова Т.В., Булыгина Е.С., Кострикина Н.А., Турова Т.П., Заварзин Г.А. Geoalkalibacter ferrihydriticus gen. nov., sp. nov., первый алкалофильный представитель семейства Geobacteraceae, выделенный из содового озера. — Микробиология, 2006, т. 75. №6. c. 775–785 (DOI: 10.1134/S0026261706060099)
  5. Zavarzin G.A. Microbial bioshere. — Biosphere Origin and Evolution. (Eds. N. Dobretsov, N. Kolchanov, A. Rozanov, G. Zavarzin), Springer Science + Business Media LLC, 2008, p. 25-42 (DOI: 10.1007/978-0-387-68656-1_2)
  6. Zavarzin G.A. Microbial cycles. — Global Ecology. (Eds. S.E. Jorgensen and B.D. Fath) Encyclopedia of Ecology, Vol. 3, Oxford: Elsevier B.V., 2008. p. 2335-2341 (DOI: 10.1016/B978-008045405-4.00745-X`)
  7. Zhilina T.N., Zavarzina D.G., Panteleeva A.N., Osipov G.A., Kostrikina N.A., Tourova T.P., Zavarzin G.A. Fuchsiella alkaliacetigena gen. nov., sp. nov., an alkaliphilic, lithoautotrophic homoacetogen from a soda lake.. — International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2012, v. 62, p. 1666-1673 (DOI:  10.1099/ijs.0.034363-0)
  8. Ulyanova M., Sivkov V., Kanapatskij T., Sigalevich P., Pimenov N. Methane fluxes in the southeastern Baltic Sea. — Geo-Marine Letters, 2012, v. 32, Issue 5-6 , pp. 535-544  (DOI:10.1007/s00367-012-0304-0)
  9. Kevbrin V., Boltynskaya Y., Zhilina T., Kolganova T., Lavrentjeva E., Kuznetsov B. Proteinivorax tanatarense gen. nov., sp. nov., an anaerobic, haloalkaliphilic, proteolytic bacterium isolated from a decaying algal bloom, and proposal of Proteinivoraceae fam. nov. — Extremophiles, 2013, v. 17. p. 747-756 (DOI: 10.1007/s00792-013-0557-1)
  10. Pimenov N. V., Kalmychkov G. V., Viryasov M. B., Sigalevich P. A.,. Zemskaya T. I. Microbial Oxidation of Methane in the Sediments of Central and Southern Baikal. — Microbiology, 2014, v. 83. № 6. pp. 773-781 (DOI: 10.1134/s0026261714060149)

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 РФФИ-BONUS BALTIC GAS Methane emission in the Baltic Sea: Gas storage and effects of climate change and eutrophication – BALTIC GAS Эмиссия метана в Балтийском море: запасы газы и воздействие на изменение климата и эвтрофикацию — БАЛТИЙСКИЙ ГАЗ 2008-2011 Россия, Дания, Германия, Швеция, Нидерланды, Польша http://www.bonusportal.org/about_us/history/bonus_2009-2011/bonus_projects/baltic_gas

 

Диссертации

ЗАЩИЩЕННЫЕ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертант Диссертация Тема работы Научный руководитель/ консультант
Год защиты
1 Герасименко Л.М. докторская Актуалистическая палеонтология цианобактериальных сообществ Заварзин Г.А. 2002
2 Пименов Н.В. докторская Микробные процессы цикла углерода на гидротермальных полях и холодных метановых сипах Иванов М.В. 2006
3 Питрюк А.В. кандидатская Особенности энергетического метаболизма экстремально галоалкалофильных анаэробных прокариот Пушева М.А. 2002
4 Гарнова Е.С. кандидатская Алкалофильные сахаролитические анаэробы содовых озер Жилина Т.Н. 2003
5 Деткова Е.Н. кандидатская Физиология, биохимия и биоэнергетика галофильных и алкалофильных ацетогенных бактерий Пушева М.А. 2003
6 Болтянская Ю.В. кандидатская Физиолого-биохимические особенности представителей галоалкалофильных бактерий из содовых озер Пушева М.А. 2006
7 Самылина О.С. кандидатская Углерод-концентрирующий механизм как компонент адаптации экстремально натронофильной цианобактерии ‘Euhalothece natronophila’ к существованию в содовых озёрах Ивановский Р.Н. 2008
8 Зайчикова М.В. кандидатская Диссипотрофные бактерии ксилотрофного сообщества в пресноводных экосистемах Васильева Л.В. 2011
9 Канапацкий Т.А. кандидатская Микробные процессы сульфатредукции, метаногенеза и метанокисления в донных осадках российского сектора Балтийского моря Пименов Н.В. 2013

Услуги

КОНТРАКТНЫЕ УСЛУГИ (которые лаборатория готова оказать на хоздоговорной основе)
  1. Количественное определение (мол %) содержания ГЦ в ДНК прокариот. Проведение ДНК-ДНК гибридизации культур микроорганизмов методом оптической реассоциации.
  2. Проверка устойчивости материалов к воздействию микроорганизмов различных физиологических групп
  3. Выделение и идентификация микроорганизмов разных физиологических групп из природных и антропогенных местообитаний