Микробиологи из ФИЦ Биотехнологии РАН, Томского университета и МГУ им. М.В. Ломоносова создали биобанк для изучения молочнокислых микроорганизмов в традиционных продуктах из разных регионов России.
Для хранения изучаемых микроорганизмов на базе ТГУ создан биобанк, сейчас в нем насчитывается около 300 штаммов, до конца 2023 года добавится еще столько же. География сбора образцов представлена на интерактивной карте биобанка ТГУ. Результаты исследования помогут решить задачу импортозамещения зарубежных заквасок, позволят создавать продукты с новыми характеристиками.
По словам старшего научного сотрудника лаборатории метаболизма экстремофильных прокариот ФИЦ Биотехнологии РАН Татьяны Кочетковой, ученых в первую очередь интересуют штаммы, которые присутствуют в продуктах, приготовленных не промышленными, а традиционными методами.
Исследование кисломолочных микроорганизмов является частью проекта, нацеленного на решение такой глобальной проблемы человечества, как развитие устойчивости к антибиотикам. Цель учёных – провести широкомасштабные исследования микробиомов кисломолочных продуктов животного происхождения с помощью генетических технологий. Результаты помогут решить задачу импортозамещения зарубежных заквасок, создавать продукты с новыми характеристиками и развивать новые направления применения молочнокислых микроорганизмов, например, использовать их в качестве психобиотиков. Проект реализуется при поддержке Минобрнауки России.
– Россия – единственная страна, в которой представлено такое разнообразие – сотни молочнокислых продуктов от питьевой формы (кефир, простокваша, айран, шубат и другие) до различных видов сыров, творога, – говорит научный сотрудник кафедры микробиологии Биологического института МГУ Андрей Шестаков. – Весь этот набор по факту является колоссальным пулом тех штаммов, которые мы сейчас исследуем и сможем использовать в российской пищевой промышленности.
Для хранения изучаемых микроорганизмов на базе ТГУ создан биобанк, сейчас в нём насчитывается около 300 штаммов, до конца 2023 года добавится ещё столько же. География сбора образцов представлена на интеркативной карте биобанка ТГУ.
– Нас в первую очередь интересуют штаммы, которые присутствуют в продуктах, приготовленных не промышленными, а традиционными методами, – поясняет старший научный сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН Татьяна Кочеткова. – Поэтому образцы молочнокислых продуктов приобретались не в магазинах, а на рынках, у фермеров, частников по всей России – от Хабаровска и Владивостока до Архангельска. Много образцов собрано на Северном Кавказе и Бурятии, славящихся своим разнообразием кисломолочных продуктов и древними традициями их приготовления. В проекте наряду с такими привычными продуктами, как сметана, творог, различные домашние сыры, тан, айран, исследованы редкие, встречающиеся только в определенных регионах – шубат, хурунга, хурууд, аарса.
Среди собранных образцов – продукты из молока коров, лошадей, верблюдов, а также молочнокислые микроорганизмы, выделенные из фекалий некоторых диких животных, например, архаров.
– Исследования носят одновременно фундаментальный и прикладной характер, – рассказывает руководитель проекта, заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики БИ ТГУ Ольга Карначук. – Мы изучаем молочнокислые микроорганизмы с точки зрения генотипа. Чтобы понять, какие штаммы присутствуют в том или ином продукте, мы используем технологии высокопроизводительного секвенирования: по участкам ДНК идентифицируем виды, которые присутствуют в пробе. Информация о геноме позволяет предсказать функциональные характеристики микроорганизма, оценить перспективу его применения в пищевой промышленности.
Учёные проводят сравнительный анализ микроорганизмов из разных регионов, сопоставляют с литературными данными из других стран и отмечают, что некоторые кисломолочные микроорганизмы, выделенные из собранных проб, не имеют аналогов. Результаты сравнения недавно опубликованы в журнале «Microorganisms».
Одна из практических задач проекта – оценить выделенные культуры по устойчивости к антибиотикам. Учёные отмечают, что резистентность микроорганизмов, в том числе кисломолочных, к антибиотикам становится всё более распространённой, и очень важно, чтобы такие штаммы не попали на производство. Если потребитель получит их в составе пробиотиков или кисломолочных продуктов, то схожая устойчивость может формироваться и у человека.
– Найти культуры без генов устойчивости к антибиотикам всё сложнее, – отмечает Ольга Карначук. – К примеру, мы надеялись их выделить из продуктов, привезённых из Горного Алтая. Они сделаны на основе верблюжьего молока. Животные пасутся в степи, их никогда не лечили антибиотиками и не кормили добавками, в которых могли бы быть штаммы с резистентностью к антибактериальным препаратам. Мы были уверены, что выделим «чистые» по искомому признаку штаммы. У алтайских микроорганизмов оказались очень хорошие характеристики: они обеспечивают хорошую вязкость продукта, нужную кислотность, но при этом присутствует устойчивость к антибиотикам. Откуда? Это очень интересный и очень важный вопрос, на который мы будем искать ответ. Возможно, это связано с тем, что антибиотики попадают и в окружающую среду – воду, почву.
Данные, полученные молекулярно-генетическими методами, вместе с чистыми, выделенными из исследуемых продуктов бактериями учёные будут использовать для создания стабильных, высокоэффективных сообществ микроорганизмов. Они станут основой как для привычных, так и для новых кисломолочных продуктов с заданными свойствами.
Например, можно отобрать штаммы с генами, ответственными за синтез антимикробных соединений. Продукты, произведённые с применением таких штаммов, смогут долго храниться без пастеризации, не утрачивая полезных свойств. Эти же микроорганизмы могут использоваться в качестве безвредного консерванта в пищевых продуктах.
Как отмечают учёные, генетический анализ и селективный отбор бактерий и грибков даёт возможность развивать самые прогрессивные направления, например, использовать кисломолочные микроорганизмы для питания и обеспечения жизнедеятельности человека в космосе.
– Длительное пребывание в невесомости приводит к нарушению работы ЖКТ, – объясняет Андрей Шестаков. – Для решения этой проблемы сейчас используются пробиотики в виде таблеток и капсул, но такая форма снижает эффективность полезных бактерий. Более эффективно контролировать состояние космонавтов можно было бы с помощью кисломолочных продуктов, приготовленных на борту МКС с использованием специальных заквасок. Сложность заключается только в их доставке на станцию. Было предложено решение: на станцию доставляется полупродукт, высушенный специальным методом (лиофилизацией). Космонавту на МКС достаточно в пакет с сухим порошком внести тёплую воду – и через 2–2,5 часа будет готов свежий кисломолочный продукт. Штаммы закваски уже прошли испытания в спутнике БИОН М1.
В том случае, если трёхлетний проект, реализуемый группой учёных, будет продлён, исследователи смогут решить больше практических задач. Одним из самых новых направлений, связанных с кисломолочными микроорганизмами, является их использование в качестве психобиотиков. Этот термин пока встречается преимущественно в научных публикациях, но в скором времени может стать привычным и для обычных людей.
– Уже доказано, что микробиом кишечника самым тесным образом взаимосвязан с психологическим состоянием человека, – говорит Ольга Карначук. – Известно, что кишечные микроорганизмы способны выделять нейромедиаторы. Если детально изучить этот механизм, можно использовать данный функционал бактерий направленно – для коррекции состояния при неврозах, депрессии, улучшения памяти человека. Поэтому фундаментальные знания и научный задел, полученные в рамках реализуемого нами проекта, очень важны для создания новых биотехнологий, нацеленных на улучшение качества жизни человека, в первую очередь – на его здоровья.
Подробнее в материале Интерфакс: https://www.interfax-russia.ru/siberia/news/biobank-molochnokislyh-bakteriy-sozdali-v-tgu-dlya-razrabotki-novyh-produktov-i-importozameshcheniya-zakvasok