На кафедре «Технологии и оборудование пищевых и химических производств» ТГТУ завершается реализация двухгодичного гранта, в процессе которого ученые подробно исследовали антибактериальные свойства фототрофных микроорганизмов и пришли к выводу, что они успешно борются с патогенной микрофлорой, причем в ряде случаев их действие сопоставимо с антибиотическими веществами, используемыми в различных отраслях народного хозяйства.
ОТ ГОСЗАДАНИЯ ДО ПРОЕКТА
Научную группу, которая занимается лабораторным культивированием фототрофных микроорганизмов и выделением из них различных соединений, которые после тщательного изучения их свойств могут найти широкое применение в различных отраслях экономики, в первую очередь в сельском хозяйстве, возглавляет кандидат технических наук доцент кафедры Михаил Темнов. Ему помогают аспиранты Яна Устинская, Мария Еськова и Кирилл Меронюк. Кирилл увлекся научной деятельностью, связанной с микроводорослями, семь лет назад, еще находясь на втором курсе вуза. Сейчас он задействован на всех стадиях исследования, начиная от стадии культивирования клеток до выделения конечного продукта в высокой концентрации.
На самом деле микроводорослями на кафедре занимаются уже на протяжении десятилетия. При единой тематике направления исследований самые разные, вплоть до получения из фототрофных микроорганизмов биодизельного топлива третьего поколения. Но начало проекту, что реализуется здесь сейчас, дало госзадание, в рамках которого сотрудники кафедры исследовали методы очистки муниципальных сточных вод.
«Мы пытались очищать их с помощью микроводорослей, — рассказывает Михаил Темнов. — В процессе заметили, что параллельно с тем, что удаляются какие-то химические загрязнения, уменьшается и количество патогенных и условно патогенных бактерий в сточных водах».
Ученые ТГТУ заинтересовались этим вопросом, решив в перспективе изучить, почему так происходит. Впоследствии Михаил выиграл президентский грант для молодых ученых-кандидатов наук и вместе со своей командой
приступил к работе.
Микроорганизмы, что в большом количестве выращивают в стенах лаборатории, синтезируют белок, различные витамины, липиды, жирные кислоты и другие биологически активные вещества. Клетки фототрофных микроорганизмов способны к фотосинтезу и в процессе своей жизнедеятельности неприхотливы — нуждаются в солнечном свете, незначительном количестве минеральных солей. Вот только первоначально ученым предстояло выяснить, какой из режимов культивирования наиболее перспективен для роста микроводорослей и биосинтеза целевых продуктов.
«Мы определили, какую интенсивность светового излучения и температуру нужно обеспечить клеткам, чтобы получить как можно больше целевого продукта. Для нас было важно, чтобы как можно меньшее его количество убивало как можно большее количество бактерий, — поясняет аспирант третьего года обучения Кирилл Меронюк.
ФОТОТРОФЫ ИЗ КОЛЛЕКЦИИ
Пока проект не завершен и можно подвести лишь его промежуточные итоги, но они уже представляют интерес. По мнению Михаила Темнова, некоторые штаммы, что команда ученых использовала в качестве продуцентов, превзошли их ожидания. «Вещества, которые мы смогли выделить, даже находясь в неочищенном состоянии, обладают значительным антибактериальным потенциалом и очень активно подавляют процессы жизнедеятельности бактерий», — с удовлетворением отмечает руководитель проекта.
Получив такие результаты, ученые задумались над тем, как метаболиты действуют на другие микроорганизмы, например, микроскопические грибы — различные виды плесени. Исследования, позволяющие это определить, уже стартовали. Ответ планируется получить по результатам экспериментальных исследований, которые будут завершены до конца года.
«В перспективе было бы также неплохо посмотреть, как микроорганизмы влияют на активный ил, процесс утилизации которого сложен», — делится планами Михаил Темнов.
Кстати, микроводоросли, которые изучают ученые кафедры «Технологии и оборудование пищевых и химических производств» ТГТУ в большом количестве присутствуют в водоемах и заболоченной местности. Однако чтобы соблюсти чистоту эксперимента, их пришлось взять в Институте физиологии растений имени К. А. Тимирязева Российской Академии наук и доставлять из Москвы в пробирках. В Институте собрана богатейшая коллекция фототрофов, но тамбовские ученые отобрали для своего исследования около десяти видов, на их взгляд, наиболее перспективных. У каждого есть свой паспорт. В нем содержится информация когда, где и кем выделен конкретный штамм, его биологические характеристики. Опираясь на них, тамбовские ученые подбирали режимы, при которых микроводоросли будут активно расти и синтезировать различные биологически активные вещества.
«Мы отталкивались от природных условий, в которых в свое время был обнаружен тот или иной микроорганизм, — поясняет Михаил Темнов. — Например, есть информация о том, что он был выделен из лужи в Архангельске. Можно предполагать, что условия архангельской лужи будут ему благоприятны. А может и нет… Подбор режимов — это длительная, но интересная научная работа».
Ради эксперимента ученые выделили штаммы и из местных водоемов, однако в исследованиях тамбовские образцы участия не принимают. Как пояснил руководитель проекта, методы, которые использует научная группа, не позволяют получить чистую линию микроорганизмов. Но и справедливости ради стоит заметить, что это больше работа биологов, на кафедре же занимаются прежде всего технологией: исследуют процесс культивирования микроводорослей и методы получения конечного продукта с определенными свойствами.
В УСЛОВИЯХ ЛАБОРАТОРИИ
В этом процессе много разных нюансов. Чтобы свести к минимуму влияние внешней среды, в лаборатории поддерживаются стерильные условия. Сотрудники выполняют все манипуляции в халатах, волосы забирают под шапочку, а на обувь надевают бахилы. При работе с определенными микроорганизмами и химическими веществами обязательно защищают органы дыхания с помощью маски, а руки — с помощью перчаток. Оборудование, имеющееся здесь, разнообразно и активно используется в процессе исследования микроводорослей. Нет главных аппаратов и побочных — необходимы все, просто применяются они на разных этапах научной деятельности. В первую очередь обращают на себя внимание емкости, в которых культивируются микроорганизмы, а также пробирки со штаммами. Они разные по цвету, внешнему виду.
«После завершения процесса культивирования клетки нужно сконцентрировать, то есть удалить культуральную жидкость, для этого используем центрифугу, — комментирует процесс Михаил Темнов. — Затем с помощью специального оборудования дезинтегрируем клеточную стенку, получая смесь клеточных стенок, внутренностей этих клеток и нашего целевого продукта, который в дальнейшем выделяем, например, методом экстракции».
Еще несколько этапов — и экстракт тестируется на наличие антибактериальных свойств с помощью специального метода дисков с применением чашек Петри и тест-микроорганизмов — бактерий. Если экстракт подавляет их жизнедеятельность, то на поверхности чашки Петри будет наблюдаться зона ингибирования, если нет, то взору предстанет чашка, заросшая бактериями.
«Мы смотрим чистую зону — насколько она большая, как ее площадь зависит от концентрации экстракта, устанавливаем закономерности, сравниваем с известными веществами», — поясняет Михаил Темнов.
У него много помощников среди молодежи, со студенческой скамьи увлеченной темой микроводорослей. В свои время и сам Михаил тоже прошел этот путь, а сейчас под его началом помогают двигать науку бакалавры и магистры ТГТУ, которым интересно данное направление. Сфер применения результатов научной деятельности, полученных в нем, действительно немало — от АПК, пищевой промышленности до космонавтики, и все они перспективны.
