Магистрант биологического факультета Дмитрий Голубев выступил на XIV Конгрессе молодых учёных университета ИТМО с докладом о перспективах использования углеводородокисляющих бактерий для восстановления антропогенно нарушенных почв. Работа была выполнена совместно с коллегами из СГУ: доцентом кафедры биохимии и биофизики М.В. Каневским, доцентом кафедры микробиологии и физиологии растений Е.В. Глинской и профессором кафедры микробиологии и физиологии растений Д.В. Уткиным.
Мы встретились с молодыми учёными лаборатории кафедры микробиологии и физиологии растений, чтобы узнать тонкости работы в большом коллективе. Свежим взглядом на науку поделились студенты биологического факультета Дмитрий Голубев, Анна Тарасюк и Екатерина Сескутова.
В лаборатории кафедры микробиологии и физиологии растений СГУ кипит работа. Молодые, но полные энтузиазма учёные увлечённо изучают почвенные образцы, собранные в разных уголках России. Их цель – найти и выделить бактерии, обладающие уникальной способностью «поедать» нефть и другие углеводороды.
Дмитрий Голубев: «Мы занимаемся исследованием штаммов углеводородокисляющих бактерий. Проще говоря, мы подбираем и изучаем бактерии, способные разлагать загрязняющие почву углеводороды. Речь идёт о нефти и нефтепродуктах, которые неизбежно попадают в почву в процессе добычи, транспортировки, переработки и хранения. Существует множество методов очистки почв: как физических, так и химических. Однако биологический метод, основанный на использовании микроорганизмов, является наиболее экологичным и перспективным. Именно поэтому мы занимаемся поиском и изучением кандидатных штаммов бактерий, способных очищать почвы в различных регионах нашей страны».
Идея использовать микроорганизмы для очистки загрязнённых территорий не нова. Микробная биоремедиация, так называется этот метод, была открыта ещё в 40-х годах прошлого века. Однако в современном мире, с развитием нефтегазовой отрасли и ростом объёмов добычи и транспортировки нефти, проблема загрязнения почв углеводородами становится всё более острой. Именно поэтому биоремедиация вновь приобретает особую актуальность.
Саратовцы не повторяют чужие исследования, а развивают эту область, подбирая новые более эффективные штаммы бактерий, адаптированные к местным условиям и способные разлагать широкий спектр углеводородов.
Анна Тарасюк: «На кафедре изучение микроорганизмов, ассоциированных с углеводородами, ведётся уже давно. Но исследования такого масштаба, как сейчас, раньше не проводились: с каждым годом наша команда расширяется. Мы тесно сотрудничаем с коллегами с кафедры биохимии и биофизики, а также с геологического факультета СГУ. Работа нацелена на изучение почвенных микроорганизмов как Саратовской области, так и Крайнего Севера, а именно Ханты-Мансийского автономного округа. Сейчас мы изучаем почвы городов Когалым, Лангепас, Покачи, Саратов, Балаково. Планируем исследовать почвы Маркса, Энгельса и Урая. В планах ещё много исследований».
Работа начинается с отбора проб почвы на антропогенно нарушенных территориях. В лаборатории учёные создают искусственные условия, в которых бактерии-«нефтееды» получают преимущество перед другими микроорганизмами. Постепенно выделяются наиболее активные и перспективные штаммы, которые затем подвергаются тщательному изучению и идентификации.
Один из основных вызовов – идентификация выделенных бактерий. Углеводородокисляющие микроорганизмы часто требовательны к условиям культивирования и плохо растут на обычных питательных средах. Поэтому учёным приходится использовать специальные методы и проводить множество тестов, чтобы точно определить вид бактерии и изучить её свойства.
Екатерина Сескутова: «Идентификация действительно сложный процесс, поскольку нужно учитывать множество параметров, особенно субстратных. Это называется фенотипической идентификацией. Мы выращиваем микроорганизмы на различных питательных средах и, в зависимости от того, какие субстраты они окисляют, определяем вид. Из-за огромного разнообразия бактерий на планете, очень много бактерий, которые разлагают общие субстраты. Поэтому для точной идентификации приходится проводить множество тестов и использовать обширную литературу».
Полученные штаммы микроорганизмов становятся основой для создания биопрепарата – специальной субстанции, содержащей высокую концентрацию живых бактерий-«нефтеедов». Этот биопрепарат можно будет вносить в загрязнённую почву, где бактерии начнут активно размножаться и поглощать углеводороды, очищая территории от контаминантов.
Главная идея саратовских учёных – не просто «закидывать» бактерии в почву, а создавать условия для их оптимального роста и размножения. Будущий биопрепарат будет представлять собой не просто набор бактерий, а сложную композицию, включающую питательные вещества и другие добавки, необходимые для эффективной работы микроорганизмов в конкретных почвенных условиях.
Екатерина Сескутова: «В результате мы получим субстанцию – скорее всего, это будет порошок или суспензия – которую можно будет вносить в загрязнённую почву. Там, в естественных для них условиях, бактерии начнут размножаться, расти и потреблять углеводороды. Важно отметить, что обычно углеводороды, содержащиеся в нефти, губительны для живых микроорганизмов. Но выделенные нами бактерии используют нефть в качестве источника питания, тем самым очищая почву».
Несмотря на все трудности и вызовы, саратовские учёные не теряют энтузиазма и верят в успех своего дела. Они уверены, что биоремедиация – это перспективный и экологически безопасный метод очистки загрязнённых почв, который может сыграть важную роль в решении глобальных экологических проблем, связанных с нефтегазовой промышленностью.
Молодые учёные призывают коллег и студентов не бояться сложных задач и смело заниматься научными исследованиями. Ведь именно благодаря увлечённым и целеустремлённым людям, которые не боятся мечтать и работать над воплощением своих идей в жизнь, рождаются инновационные решения. И, возможно, именно они помогут создать консорциум почвенных бактерий, которые очистят нашу планету от нефтяного загрязнения.
Интервью с молодыми учёными
– Почему вы выбрали для исследования тему почв?
Дмитрий: Мы не просто видим, понимаем и чувствуем всю значимость проблем, связанных с нефтезагрязнениями. Мы знаем, если мы как микробиологи можем внести свой вклад в решение этих проблем, то должны это делать. Нам каждый день очень интересно приходить в лабораторию, открывать что-то новое, своими руками создавать что-то действительно важное.
– Бывают ли моменты, когда руки опускаются и ничего не хочется делать?
Анна: Да, конечно! Когда видишь миллион чашек Петри с бактериальными культурами, которые не хотят пересеваться, когда биохимические тесты идут не так, как ожидалось, когда результаты не соответствуют ожидаемым значениям… Работа с чистой культурой – это сложный и кропотливый процесс, требующий аккуратности, стерильности и учёта множества факторов, которые могут повлиять на рост микроорганизмов. Например, температура или концентрация добавленных веществ.
Дмитрий: Одна из проблем, как ни странно, – это учёба, которая занимает значительную часть времени.
– Как вы находите время для исследований при такой загруженности учёбой?
Екатерина: Исследованиями мы занимаемся после пар и в перерывах между ними, когда есть полчаса свободного времени, когда мы можем что-то сделать.
Дмитрий: После занятий приходим в лабораторию, когда ещё есть возможность поработать, а дома изучаем литературу, пишем статьи, готовимся к конференциям.
– Преподаватели идут вам навстречу?
Анна: Да, и благодаря этому мы работаем с ними практически круглосуточно. Не они нас заставляют, а мы их, ведь это прежде всего нужно нам. Работа очень большая, и тяжело всё успеть. Биохимические тесты – это очень долгий и объёмный процесс. Углеводородокисляющие бактерии к тому же растут медленнее, чем другие бактерии. Типичные сапрофиты обычно растут сутки или двое, а углеводородокисляющих бактерий приходится ждать неделю и больше. Представьте, чтобы начать эксперимент, нужно ждать целую неделю, а если эксперимент пойдёт не так, то ожидание увеличивается.
Дмитрий: Может сложиться впечатление, что преподаватель – это просто научный руководитель, который где-то ходит и раз в семестр проверяет курсовую работу. Но это не так. У нас нет таких преподавателей. Мы всегда на связи, у нас всегда идёт мозговой штурм, появляются новые идеи, разрабатываются новые методики. Это всегда помощь от научного руководителя: и в лаборатории, и дистанционно. Поэтому нет такого, чтобы преподавателям приходилось идти нам навстречу, потому что мы всегда движемся в одном направлении.
У меня есть классная история, как мы с Еленой Владимировной Глинской, моим научным руководителем, однажды, чуть ли не ночью сидели в лаборатории вместе. Я не успевал что-то сделать для дипломной работы, университет закрывался, во всём корпусе был выключен свет – не было никого. И мы вдвоём, при тусклом свете лампы боксовой комнаты, засевали чашки Петри нашими бактериями. Это был последний день перед началом эксперимента и нужно было всё успеть. Тот атмосферный вечер я запомню на всю жизнь.
– Были какие-то неловкие моменты в ваших исследованиях, когда что-то пошло не так?
Екатерина: Бывает, несёшь чашку Петри с посевом каких-то бактериальных культур, чашка падает и разбивается. Конечно, нужно сразу звать инженеров и кричать: «Авария!» Иногда какой-нибудь плесневый гриб вырастет там, где не должен. Например, гриб Ризопус часто портит нам посевы и эксперименты.
Анна: Ещё периодически к нам залетают мушки дрозофилы и вместо нужных посевов или, что ещё важнее – изолированных колоний бактерий, на чашках Петри вырастают микроорганизмы с лапок этих мух.
Дмитрий: У нас в лаборатории принято ходить в халатах, и ситуация, когда ты цепляешься халатом за ручку двери, настолько же знакома многим, насколько знаком звук разбивающейся при падении посуды.
Подготовили Карина Мелкумян и Алёна Игнатьева
