Микромир ускользает от человеческого глаза, требуя для изучения сложнейших технологий. Настоящим прорывом стало внедрение в практику микробиологических исследований молекулярных методов: они буквально совершили переворот в представлении о колоссальном разнообразии мира микроорганизмов. Но эти сложные методы «поддаются» не каждой исследовательской группе. Лаборатория молекулярной экологии и филогеномики бактерий ФИЦ Биотехнологии РАН успешно применяет эти методы для «охоты» за сложно культивируемыми микроорганизмами. Руководитель лаборатории Светлана Дедыш в интервью объединенной редакции проектов «Индикатор» и InScience.News рассказывает, какие преимущества дает использование молекулярных методов в микробной экологии, зачем изучать бактерии, питающиеся метаном, и про личный путь в науку.
| – Для читателя, не связанного с биологией, термины «молекулярная экология» и «филогеномика», которые есть в названии Вашей лаборатории, звучат довольно сложно. Как бы Вы объяснили школьнику, чем вы занимаетесь?
– Молекулярная экология – это изучение экологии микроорганизмов с помощью молекулярных методов. В отличие от высших организмов, получить знания о взаимодействии невидимых глазом микроорганизмов между собой и с окружающей их средой с помощью наблюдений невозможно. Традиционный метод посева на питательные среды для этих целей также непригоден, так как он выявляет только ничтожную долю (не более 1%) населяющих экосистемы бактерий. Введение в практику микробиологических исследований молекулярных методов совершило переворот в наших представлениях о существующем разнообразии мира микроорганизмов. Эти методы позволяют не только идентифицировать микробов, но и определять закодированный в их геномах функциональный потенциал, а также исследовать структуру микробных сообществ в самых разных местообитаниях. Филогеномика – это сравнительно новая область микробиологии, исследующая эволюционное родство микроорганизмов с помощью сравнительного геномного анализа. Современная систематика микроорганизмов также строится на основе сравнительного анализа геномов. Без подобного анализа в наши дни нельзя описать новые таксоны микроорганизмов и провести полноценное сравнение «способностей» какого-либо микроба с его ближайшими родственниками или же, наоборот, с микробами эволюционно удаленных линий. |
 Сотрудники лаборатории, с.н.с. Данилова О.В.и н.с. Сулейманов Р.З., 2026 год |
– Чем занимается сейчас Ваша лаборатория? На каких задачах сфокусированы Ваши исследования?
– Мы исследуем разнообразие прокариотных микроорганизмов в различных наземных экосистемах, выделяем в культурах представителей ранее неизвестных таксонов бактерий, исследуем их функции в природе и возможный биотехнологический потенциал. Например, наша лаборатория – единственная в стране, культивирующая и исследующая ацидобактерии – одну из доминирующих групп прокариот в наземных экосистемах. Еще один объект наших исследований – планктомицеты – филогенетическая группа повсеместно распространенных, но слабо изученных бактерий с большими геномами и множеством особенностей биологии и организации клеток.
 Светлана Дедыш. Работа с образцами торфа, доставленными партнером по исследованиям болот,болотоведом д.б.н. Д.А. Филипповым, 2019 год |
В последние годы одним из основных направлений исследований нашего структурного подразделения является поиск новых штаммов метанотрофных бактерий, перспективных для использования в биотехнологиях получения белка и других продуктов с добавленной стоимостью из природного газа. Аэробные метанотрофные бактерии – это моя первая «любовь» в науке; я занимаюсь ими уже более 30-ти лет.
Начало этих исследований в 90-х годах было посвящено поиску тогда неизвестных ацидофильных метанотрофов, перехватывающих потоки метана из северных болот. Получение изолятов этих бактерий позволило открыть ряд уникальных особенностей биологии метанотрофов. Например, оказалось, что болотные метанотрофы способны использовать не только метан, но и ацетат, что позволяет этим бактериям сохранять жизнеспособность в условиях флуктуаций концентрации метана в болотном профиле. Таким образом было доказано существование факультативной метанотрофии. Эти исследования легли в основу моей докторской диссертации.
Однако удивительные находки в области метанотрофии на этом не закончились, а были продолжены сотрудниками моей лаборатории. Так, нами были открыты ранее неизвестные метанотрофы-спириллы, которые способны быстро передвигаться по градиенту концентрации метана в гетерогенных средах (торфе, почве, озерных осадках) с помощью способности ввинчиваться (как штопор) в эти плотные субстраты. Даже для известных и уже используемых в биотехнологиях видов метанотрофов всегда можно найти штаммы, характеристики которых лучше, чем у используемых продуцентов. Это демонстрируют результаты нашей работы по поиску новых штаммов метанотрофов-продуцентов в рамках проекта НЦМУ в 2020-2023 гг. Иными словами, природное разнообразие бактерий этой группы многократно превосходит наши знания о них. Это ли не источник вдохновения для поиска нового? |
– Какой Ваш личный путь в науку? Как Вы стали заведующей лабораторией?
– Своей научной судьбой я во многом обязана моим наставникам, определившим направления моих исследований и задавшим высокую планку качества. В 1990 году, после окончания кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ, я поступила на работу в лабораторию почвенной микробиологии и биокинетики Института микробиологии, которой руководил профессор Николай Сергеевич Паников, эксперт в области кинетики микробного роста и автор одноименных книг, выпущенных на русском и английском языках. В то время лаборатория проводила исследования в рамках ФЦНТП «Глобальные изменения природной среды и климата» и отвечала за полевые измерения потоков парниковых газов и анализ баланса образования и потребления метана в болотах. В Институте микробиологии эти работы были инициированы академиком Георгием Александровичем Заварзиным, выдающимся ученым-естествоиспытателем, микробиологом с мировым именем.
 Светлана Дедыш в лаборатории. Центр микробной экологии, Мичиганский Государственный университет США, 1996 год |
 Светлана Дедыш. Первые ПЦР. Центр микробной экологии, Мичиганский Государственный университет США, 1996 год |
Задача состояла в том, чтобы понять, какие бактерии «перехватывают» образующийся в болотах метан на его пути в атмосферу. Ацидофильных метанотрофов, способных развиваться в кислых северных болотах, в то время известно не было. «Поимка» этих ранее неизвестных бактерий стала возможной после отказа от стандартных подходов и использования новых сред и условий культивирования. Для идентификации этих бактерий понадобились молекулярные методы, для освоения которых я была отправлена на стажировку в Центр микробной экологии Мичиганского государственного университета, которым руководил профессор Джеймс Тиджи, основатель Международного общества микробной экологии (ISME). Эта стажировка имела своим результатом публикацию в Science (см. выше), позволила приобрести бесценный опыт применения молекулярных методов в микробиологических исследованиях и завязать большое число новых научных связей с микробиологами различных стран. Одним из таких контактов стало взаимодействие с Институтом наземной микробиологии Общества Макса Планка в Марбурге (Германия), куда меня пригласили для изучения экологии болотных метанотрофов с помощью метода флуоресцентной гибридизации in situ.
«Привезти» освоенные за рубежом молекулярные методы в Россию и создать нужную для них инструментальную базу стало возможным в 2002 году в рамках программы Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология», которую возглавлял академик Георгий Павлович Георгиев.
Мне посчастливилось получить грант на «Новые группы» для молодых ученых, имеющих опыт работы за рубежом, хорошие публикации и желание работать в России. Соединив вековой опыт российской школы микробиологов в культивировании микробов и высокий потенциал молекулярных методов исследований, нам удалось «подобрать ключи» к группам микроорганизмов, которые долго не давались в руки ученым.
– Если заглянуть на 10–15 лет вперёд, какой Вы видите лабораторию: вокруг каких типов экосистем и каких методов она будет выстроена? Какие проекты Вам особенно хочется реализовать?
– Не думаю, что привязка к каким-либо конкретным экосистемам актуальна в настоящее время. Наши исследования, например, давно вышли за рамки болотных экосистем. Главный драйвер работы любого истинного ученого – поиск нового, исследование неизвестного.
За рубежом микробиологи нашего института традиционно известны как искусные «охотники» за сложно культивируемыми микробами. Эта репутация бесценна и должна быть сохранена. Однако важно не только уметь поймать новых микробов, но и глубоко исследовать особенности их биологии и скрытые способности. Стандартный анализ геномов здесь не панацея. В геномах бактерий малоизученных групп (таких, например, как планктомицеты и ацидобактерии) удается аннотировать не более 30% (а то и меньше) всех генов. То есть мы почти ничего не знаем о метаболических путях, ферментах и прочих особенностях биологии этих организмов. Здесь скрыто огромное поле для открытий. Микробиолог будущего должен владеть широким спектром подходов, включая биоинформатические, но не потерять способность «видеть и чувствовать» исследуемый микроорганизм.
| – И традиционный вопрос про людей: много ли сейчас студентов и аспирантов готовы идти в направление исследований Вашей лаборатории? Чем Вы их привлекаете в эту тему и что, на Ваш взгляд, важно изменить в системе, чтобы молодым исследователям было проще приходить в молекулярную экологию и оставаться в ней надолго?
– С привлечением студентов проблем нет. Хорошо оборудованная лаборатория, использующая молекулярные методы для идентификации и исследования микроорганизмов, большая доля молодых сотрудников – все это важные аргументы в выборе студентами нашей лаборатории для выполнения дипломной работы. Для подавляющего большинства студентов именно это и является целью.
У нас же цель несколько иная – разглядеть тех, кто искренне увлечен микробиологией. Студенты с иными причинами поступления в аспирантуру рано или поздно уйдут с этого пути. Финансовая поддержка хороших, увлеченных наукой аспирантов, конечно, очень важна. Возможно, при планировании приема аспиранта предполагаемый руководитель должен представлять дирекции свой план в отношении финансовой поддержки (в рамках гранта или договора). Сейчас такой практики нет, а напрасно. Практика выдачи внутренних грантов ФИЦ Биотехнологии РАН молодым ученым очень хороша, но таким образом можно поддержать лишь единицы. Боюсь, у меня нет готовых ответов насчет улучшения финансовой поддержки аспирантов. На мой взгляд, главная задача руководителя аспиранта – это определить такое направление исследований, работая в рамках которого молодой исследователь смог бы ощутить драйв научного поиска, чувство соперничества с зарубежными коллективами, работающими в близкой области, и осознать свой потенциал как ученого. |
 Аспирант лаборатории Салова В.Д., 2026 год |
Источник: https://inscience.news/ru/article/discussion/iskusnye-ohotniki-za-slozhno-kultiviruemymi