Специалисты НИЦ "Курчатовский институт" – ГосНИИгенетика обнаружили на севере Архангельской области микроорганизм, обладающий редким сочетанием свойств, и провели его полногеномное секвенирование.
В результате был получен первый геном почвенного холодоустойчивого штамма-нефтедеструктора. Необычную бактерию идентифицировали как Rhodococcus erythropolis HX7. Она способна метаболизировать различные виды нефти, сохраняя свою эффективность в широком диапазоне температур (от 5°С до 30°С). С помощью секвенирования ученые планируют выявить все генетические элементы, контролирующие уникальные свойства этого штамма. В перспективе на его основе будет создан препарат для очистки почв в северных нефтедобывающих регионах. Кроме того, холодоустойчивая бактерия станет платформой для генно-инженерного конструирования новых, перспективных для биотехнологии штаммов. Результаты этой работы опубликованы в журнале Microbiology Resource Announcements.
На сегодняшний день известен целый ряд геномов холодоустойчивых штаммов-нефтедеструкторов, в том числеобнаруженных учеными Курчатовского института. Однако эти бактерии являются морскими и не подходят для использования на суше.
"Учитывая, что в нашей стране значительная доля нефти добывается на суше в северных регионах, уникальные свойства нового штамма могут быть востребованы для борьбы с загрязнениями этих территорий. Для северных нефтедобывающих стран, например Канады или Норвегии, такая технология тоже может быть актуальной",
– пояснил один из авторов статьи, начальник лаборатории молекулярной биотехнологии НИЦ "Курчатовский институт" Константин Лавров.
По словам ученого, за проявление того или иного уникального свойства бактерии отвечает целый набор генов, которые "рассыпаны" по всему геному. Для того, чтобы получить целостное представление о всех составляющих, из которых складывается каждая конкретная сверхспособность штамма, необходимо провести полногеномное секвенирование. Полученная с его помощью информация дает возможность не только понять природу необычных свойств изучаемых организмов, но и направленно усилить их за счет генно-инженерных технологий.
В геноме нового штамма были найдены гены, отвечающие за деградацию линейных ненасыщенных углеводородов, а также циклических соединений, которые особенно трудно поддаются переработке. Кроме того, ученые обнаружили в нем гены синтеза биоэмульгаторов – веществ, благодаря которым существенно облегчается поступление нефтепродуктов внутрь клетки. Предполагается, что эти составляющие участвуют в формировании уникальных свойств нового штамма. Согласно экспериментальным данным, всего за 4 дня Rhodococcus erythropolis HX7 способен переработать до 80% нефтяных загрязнений. Причем эти показатели сохраняются в широком диапазоне температур – от 5єС до 30єС. В дальнейшем ученые планируют экспериментально выявить все гены, обеспечивающие указанные особенности штамма.
Механизм деградации нефти связан с тем, что бактерия использует черное золото в качестве источника питательных веществ. Часть углеводородов она разлагает до углекислого газа, а другие перерабатывает в метаболиты, которые уже не являются токсичными и не представляют опасности для окружающей среды. Еще одним преимуществом нового штамма является то, что он подходит для борьбы с нефтяными загрязнениями различной природы. Он активно поглощает и алканы, и ароматические углеводороды, и асфальтены, поэтому его можно использовать для очистки почвы от загрязнений как легкой, так и тяжелой нефтью. Таким образом, уникальные характеристики бактерии открывают возможность сделать процесс нефтедобычи в северных регионах более экологичным.
"В более широком смысле данное исследование направлено на выявление и использование биотехнологических решений, разработанных природой в ходе эволюции живых систем. Огромное разнообразие "природных" решений является важнейшим ресурсом для развития биотехнологий защиты окружающей среды, подобно тому, как углеводороды нефти являются ресурсом для развития энергетики и органического синтеза",
– пояснил один из авторов работы, заместитель директора по генетическим исследованиям НИЦ "Курчатовский институт" Александр Яненко. Как отметил ученый, генетические данные, полученные в результате секвенирования, значимы для дальнейшего изучения холодоустойчивых микроорганизмов вообще и холодоустойчивых нефтедеструкторов в частности. В дальнейшем специалисты планируют создать на основе этой бактерии новые штаммы для различных биотехнологических применений.
В работе приняли участие исследователи НИЦ "Курчатовский институт" – ГосНИИгенетика, Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий и Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН.