Как бактерии из вечной мерзлоты могут защитить озимые культуры

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации подвело итоги конкурсного отбора 2026 года на назначение стипендии Президента России для аспирантов. Среди победителей — Ольга Доманская, аспирант Института экологической и сельскохозяйственной биологии X-BIO ТюмГУ.

Молодой ученый работает над диссертацией «Экологические особенности микробиоты Арктики и их биоресурсный потенциал», научный руководитель — профессор Института X-BIO Алексей Васильченко.

Ольга Доманская изучает психротолерантные микроорганизмы — бактерии, которые выжили в вечной мерзлоте Ямало-Ненецкого автономного округа. Рассказываем, зачем они нужны обычному человеку.

Ольга, о чем ваша диссертация? Какую проблему она призвана решить?

Моя диссертация посвящена изучению холодоустойчивых микроорганизмов — бактерий семейства Bacillaceae, выделенных из криогенных отложений Западной Сибири. Проблема, которую призвана решить работа, находится на стыке микробиологии и практического сельского хозяйства. С одной стороны, мы изучаем механизмы адаптации микроорганизмов к экстремальным условиям мерзлоты. С другой — ищем способ защитить озимые зерновые культуры в зоне рискованного земледелия.

Озимые зерновые — перспективная культура для Тюменской области. Главная проблема — продолжительный снежный покров. Весной под снегом создаются благоприятные низкотемпературные условия для развития грибов-возбудителей снежной плесени, которые и становятся основной причиной гибели озимых после таяния.

Современные химические фунгициды и большинство коммерческих биопрепаратов при таких низких температурах теряют свою эффективность. Моя идея — найти микроорганизмы, которые адаптированы к холоду и способны подавлять патогены именно в ранневесенний период, когда другие средства не работают. Таким образом, работа призвана создать научную основу для принципиально нового класса биопрепаратов для «холодных» регионов.

Почему именно Арктика? Чем микробиота этого региона принципиально отличается от микробиоты других экосистем?

Выбор района исследований (ЯНАО, Пуровский район, г. Тарко-Сале) обусловлен тем, что эта территория относится к южной, субполярной окраине сухопутной Арктической зоны России. Регион представляет собой уникальный экотон (переходную зону), где микробиота подвергается специфическому эволюционному давлению в условиях прерывистого распространения многолетнемерзлых пород.

Главное отличие микробиоты этой части Арктики от высокоширотной полярной и от типичных почв умеренных широт — динамический характер криогенеза. Здесь многолетнемерзлые породы имеют прерывистое и островное распространение. Глубинные криогенные отложения находятся в термодинамическом равновесии на грани таяния: температура грунтов близка к нулю градусов.

Такие условия формируют специфическую микробиоту, обладающую температурной пластичностью. Для большинства мезофильных почвенных бактерий температура +5°C приводит к существенному снижению метаболической активности, тогда как для исследуемых штаммов она остаётся благоприятной средой для стабильной физиологической и метаболической активности.

Как выглядит процесс исследования на практике? Откуда берутся образцы и что с ними происходит в лаборатории?

Процесс начинается с полевых экспедиций. Образцы керна отбираются из скважин с помощью сухого бурения, что позволяет минимизировать риск контаминации пробы современной поверхностной микрофлорой. В лаборатории в асептических условиях мы отбираем центральную часть керна. Извлечение микроорганизмов из образца происходит путём приготовления суспензии и последующих серийных разведений. Полученные разведения высеваются на различные питательные среды для получения изолированных колоний.

Далее выделяем чистые культуры. Следующий этап — скрининг, где изучаем их кинетику роста при разных температурах (+5, +22, +45°C), смотрим ферментативную активность (протеазы, липазы, амилазы), способность синтезировать фитогормоны, проверяем антагонизм против патогенных грибов. Наконец, для самых перспективных штаммов проводим полногеномное секвенирование, чтобы на генетическом уровне обеспечить их безопасность, найти гены холодовой адаптации и кластеры биосинтеза полезных веществ.

Был ли в исследовании момент, который вас по-настоящему удивил или изменил взгляд на тему?

Да, меня очень удивила и одновременно вдохновила штаммоспецифичность, проявляемая «арктическими» бактериями. Штамм Priestia megaterium 312 проявлял антифунгальную активность против Microdochium nivale и Alternaria sp. только тогда, когда сам был выращен при +5°C. При повышении температуры культивирования до +22°C и +45°C эта активность полностью утрачивалась.

Что даёт аспирантура в X-BIO, чего не даст никакой курс или стажировка?

Безусловно, Институт X-BIO — это передовые лаборатории, оснащённые самым современным оборудованием. Однако его ключевое преимущество заключается в междисциплинарности. Актуальные современные исследования требуют комплексного подхода к решению задач на стыке наук. В X-BIO всегда можно рассчитывать на поддержку высококлассных профильных специалистов. Синергия экспертов из разных областей знаний формирует здесь по-настоящему сильное и сплочённое научное сообщество.

Каких результатов вы рассчитываете достичь и где видите практическое применение своей работы?

Одним из ключевых результатов фундаментального этапа работы стало депонирование штаммов Priestia megaterium 312 и Lysinibacillus fusiformis 948P-1 во Всероссийскую коллекцию промышленных микроорганизмов, а также получение патента на разработанный на их основе консорциум.

В ходе полевых испытаний консорциум продемонстрировал высокую биологическую эффективность против комплекса зимних патогенов, включая снежную плесень. За счёт минимизации выпадения растений после перезимовки сохранённый урожай озимой пшеницы превысил показатели контроля на 50,2%.

Практическое применение рассматривается в нескольких направлениях. Разработанный консорциум потенциально может послужить основой для создания отечественного биофунгицида, ориентированного на предпосевную обработку семян озимых зерновых в регионах с продолжительным залеганием снежного покрова: на Урале, в Сибири и Нечерноземье.

• Интервью подготовила Ксения Дунина, студентка направления «Медиакоммуникаций» Института социально-гуманитарных наук
• Фото предоставила Ольга Доманская.