Руководитель направления: Лысак Людмила Вячеславовна

Состав исследовательской группы: к.б.н., м.н.с. Е.В. Ла пыгина, аспиранты И.А. Конова, Ю.А. Загрядская, Е.Н. Цыганова, студенты.

Основные направления исследований:

1. Изучение бактериальных сообществ природных и антропогенных (городских) почв и сопряженных субстратов.

Исследование бактериальные сообщества городских почв разной степени антропогенной нагрузки выявили определенную специфику формирования и функционирования бактериальных сообществ. В почвах,  сформированных в условиях длительной земледельческой практики (городские ботанические сады, огороды  на территориях монастырей),  бактериальные сообщества характеризуются более равномерным распределением бактерий и активным развитием целлюлозоразрушающих бактерий по всему профилю. Таксономический состав характеризуется значительной долей  родококков, устойчивых к различным типам загрязнения, а также артробактера и стрептомицетов, тяготеющих к нейтральным и слабощелочным почвам. В сильнозагрязненных городских почвах в сапротрофном бактериальном комплексе происходит перераспределение таксонов в пользу увеличения удельного веса бактерий, адаптированных к определенным типам загрязнений: пигментированные родококки – нефть, полихлорбифенилы, артробактерии, азотобактер – подщелачивание почвы, энтеробактерии – хозяйственно-бытовое загрязнение. В загрязненных городских почвах и сопряженных субстратах происходит накопление опасных для человека потенциально патогенных энтеробактерий и аллергенных родококков, что свидетельствует о нарушении экологической функции почвы как «бактериального фильтра» и может представлять опасность для человека.

Окраска почвенной суспензии красителем L7012 (LIVE/DEAD): зеленые клетки – потенциально жизнеспособные (с неповрежденной мембраной), красные – нежизнеспособные (с поврежденной мембраной).

2. Бактериальные сообщества малоизученных почвенных локусов.

Гифосфера и микоризосфера  базидиальных грибов. Базидиальные грибы, образующие обильные мицелиальные маты, по характеру действия на бактериальное сообщество в гифосфере делились на две группы. Базидиомицеты первой группы оказывали ингибирующее действие на бактерии, а базидиомицеты второй группы оказывали стимулирующее действие на бактерии. Базидиомицеты-эктомикоризообразователи вызывали увеличение численности сапротрофных бактерий в гифосфере и микоризосфере в 2–6 раза и существенной перестройке структуры сапротрофного бактериального комплекса. Выявлены таксоны бактерий, постоянно присутствующие в гифосфере базидиомицетов и способные к образованию «бактериальных пленок» на поверхности гиф.

Биопленки  Pseudomonas sp.  на поверхности гиф.

Почвенные конкреции (ортштейны). Почвенные конкреции (ортштейны) представляют собой особый почвенный локус, специфика которого в сравнении с вмещающим горизонтом проявляется в увеличении доли клеток бактерий с ненарушенной мембраной, более высокой долей наноформ бактерий, иным соотношением филогенетических групп Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria, Acidobacteria и Planctomyces, меньшим морфологическим разнообразием бактерий. Полученные результаты свидетельствуют о значительной роли бактерий (в том числе наноформ бактерий) в процессах образования карбонатных, марганцевых, железистых и железо-марганцевых конкреций.

3. Наноформы бактерий в природных и антропогенных почвах. 

Разработанный в лаборатории метод фильтрации почвенной суспензии через ядерные мембранные фильтры с размером пор 220 нм с последующей окраской суспензии красителем L7012 позволил  определить численность и охарактеризовать потенциальную жизнеспособность наноформ бактерий в природных  городских почвах.  Установлено, что численность наноформ бактерий в исследованных почвах составляет десятки и сотни млн. клеток в 1 г почвы. Доля наноформ в природных почвах не превышает 5-7% от числа клеток обычного размера, в городских загрязненных почвах доходит до 15-20%, еще выше в примитивных аллювиальных почвах Антарктиды (до 50%). Характерной особенностью наноформ бактерий является высокая потенциальная жизнеспособность (95-98%), по сравнению с клетками обычного размера (около 60%). Таксономический состав наноформ бактерий на уровне крупных филотипов (метод FISH) тот же, что и клеток более крупного размера, однако среди наноформ зафиксировано большая доля неидентифицированных клонов. Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии выявлено значительное морфологическое разнообразие наноформ бактерий. Значительная численность, высокая потенциальная жизнеспособность, филогенетическое и морфологическое разнообразие наноформ бактерий позволяют рассматривать их как «пул» микробных клеток, позволяющий бактериям сохраняться в неблагоприятных условиях внешней среды.

Наноформы бактерий в сканирующем электронном микроскопе.

Наноформы бактерий в просвечивающем электронном микроскопе

4. Практическое аспект – использование  почвенных бактерий в целях биотехнологии.

Разработка микробиологических основ применения препарата «Бактогумус», представляющего собой препарат гуминовых кислот из бурого угля, модифицированный активными штаммами бактерий – деструкторов   ксенобиотиков,  для целевой ремедиации почв.

Выделение и изучение штаммов-деструкторов алифатических и ароматических углеводородов  нефти для получения бактериальных препаратов для борьбы с нефтяными загрязнениями биосферы.

Методы исследования, используемые в лаборатории:

1. Прямой микроскопический метод определения численности бактерий в почве при помощи окраска флуоресцентными красителями: акридин оранжевый, LIVE/DEAD L7012, ФДА (флуоресцеиндиацетат)
2. В лаборатории модифицирован и широко применяется метод окраски почвенной суспензии флуоресцентным красителем LIVE/DEAD L7012, позволяющий оценить потенциальную жизнеспособность клеток почвенных бактерий по степени повреждения наружной мембраны
3. Разработан метод фильтрации почвенной суспензии через мембранные ядерные фильтры (0.22мкм), позволяющий получить и исследовать фракцию наноформ бактерий
4. Широко применяется молекулярно-биологический метод FISH (in situ  гибридизация с 16 S рРНК специфичными олигонуклеотидными маркерами) для определения в почве численности отдельных филогенетических групп бактерий и архей
5. Классические методы посевы
6. Идентификация бактерий с использованием фенотипических, хемотаксономических и молекулярно-биологических методов