РОЛЬ БЕСКОНЕЧНО МАЛОГО БЕСКОНЕЧНО ВЕЛИКА
Член-корреспондент РАН Ирина ИВШИНА, заведующая лабораторией алканотрофных микроорганизмов Института экологии и генетики микроорганизмов (ИЭГМ) УрО РАН, профессор кафедры микробиологии и иммунологии Пермского государственного национального исследовательского университета
Микробам — этим бесконечно малым живым существам — принадлежит бесконечно большая роль в природе. Луи Пастер
Изучение бактерий — древнейших форм земной жизни — и вовлечение их в сферу активной деятельности человека немыслимы на основе лишь документальных описаний. Без сохранения изученных штаммов систематика этих микроорганизмов была бы подобна попытке составить атлас звездного неба по разобщенным наблюдениям мерцаний отдельных далеких светил. Если же сравнить определитель бактерий с картой малоизученного материка, в глубине которого вместо ожидаемых скалистых гряд исследователь нередко обнаруживает волны песчаных барханов, то коллекция живых культур — это освоенное побережье, откуда начинаются путешествия в неизведанные пространства. Об одной из таких коллекций и пойдет речь.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РЕЗЕРВАЦИИ
Сегодня происходит серьезный поворот в сознании общества, приходящего к пониманию своей критической зависимости от мира микробов в целом. Игнорирование их разнообразия ведет к нежелательным последствиям в медицине, охране окружающей среды, биотехнологии. Напротив, углубление таких
знаний способствует поиску оптимальных путей сохранения генофонда микробных генетических ресурсов планеты, открывает перспективы прогноза и управления экологической обстановкой, разработки и внедрения новейших технологий с использованием живых биологических систем. Не случайно исследование микроорганизмов, и прежде всего тех,
что связаны с деятельностью человека, становится предметом широких международных инициатив.
Один из эффективных способов изучения и сохранения мельчайших организмов — поддержание их в лабораторных резервациях. И на фоне бурного развития мировой биоэкономики коллекционное дело во многих странах переживает ренессанс. Депозитарии приобретают все большую значимость, и даже наблюдается тенденция оценки их в денежных знаках.
В качестве примера приведем историю получения первой термостабильной ДНК-полимеразы (Тад-полимеразы) из экстремально термофильной бактерии ТНвгшш адыаЫеш. Она обитает в горячих (с температурой выше 55°С) источниках Йеллоустонского национального парка США, знаменитого своими гейзерами, и впервые была выделена доктором Томасом Броком и его студентом Хадсоном Фризом.
Изолированный в чистую культуру и идентифицированный в 1969 г. бактериальный штамм первооткрыватели передали в американскую коллекцию. Биохимик Кэри Мюллис, сотрудник биотехнологической компании, купившей штамм за символическую цену — 35 дол., в 1993 г. получил Нобелевскую премию за то, что выделил из этого микроорганизма способный выдерживать высокие температуры фермент и раскрыл перспективы его использования. Разработанная им же технология полимеразной цепной реакции позволила выборочно копировать обширные участки ДНК, а это означало прорыв в молекулярной биологии, генной инженерии и медицине. Права на технологию и патент на использование Тад-полимеразы уже за 300 млн дол. приобрела швейцарская корпорация «Ф. Хоффманн-ля Рош Лтд.». На использовании драгоценного фермента ею создано промышленное производство, приносящее миллиардные прибыли.
Надо отметить, еще в 1930-х годах подобный термофильный микроорганизм (представитель фото-синтезирующих бактерий) выделил в СССР микробиолог Борис Перфильев из горячего источника вблизи поселка Курортное на Керченском полуострове. Автор назвал его тиодендроном (ТЫойвпйгоп \ateens). К сожалению, культура не была сдана в коллекцию на хранение. И хотя в 1980-х годах предпринимались попытки выделить тиодендрон повторно, к тому времени место обитания термофила и биоценоз были непоправимо нарушены, а вместе с культурой были потеряны уникальные гены и ферменты.
Связь местообитания и микроорганизмов очевидна, и последние, прежде всего стенобионтные (локальные, существующие в узких экологических условиях) виды, нуждаются в охране, ибо с исчезновением их «мест проживания» они могут исчезнуть с лица Земли: в этом случае уникальные гены становятся недоступными для изучения.
Вот почему уже давно в научной гонке за конкурентными преимуществами для своих национальных экономик многие страны создают и пополняют коллекции микробных культур. В соответствии с концепцией, инициированной Организацией экономического сотрудничества и развития, догеномные коллекции реформируются в биологические ресурсные центры — современные хранилища и поставщики высококачественного биологического материала, ценных сведений о нем. Этот переход отражает эволюцию депозитариев микроорганизмов вслед за научно-техническим прогрессом и под давлением событий, происходящих в социально-экономической, правовой и политической сферах.
При этом предпочтение отдается формированию, укреплению и развитию специализированных коллекций, взаимодействующих по единым правилам и
Родококки, выращенные на мясопептонном агаре (b-d) и минеральной среде в присутствии пропана (а): а - х 44000; b - х 8000; c - х 10000; d - х 12000.
отвечающим потребностям пользователей. Специфика таких собраний в том, что они являются не только центрами хранения микробных культур, но и всеобъемлющей информации по их свойствам, перспективам использования, а в коллекциях широкого профиля это в принципе невозможно обеспечить. Крупномасштабное выявление и введение в культуру все новых групп микроорганизмов ведет к неимоверному разрастанию объемов фондов, что усложняет работу, а потому образование многопрофильных коллекций-гигантов во всем мире затормозилось, массовое же развитие получает сеть децентрализованных собраний микробных культур.
На настоящий момент во Всемирном центре данных о микроорганизмах (The World Data Centre for Microorganisms — WDCM, http://wdcm.nig.ac.jp) зарегистрировано 592 коллекции из 68 стран мира. Общий объем поддерживаемых культур — около 2 млн. Следует отметить, что свыше 50% этих депозитариев получают постоянную государственную поддержку. Во Всемирном справочнике коллекций культур (World Directory of Collections of Cultures of Microorganisms) Россия представлена 16 коллекциями (для сравнения: Франция — 35, Бразилия — 52, Шри-Ланка — 4). По этой статистике можно косвенно судить об уровне внимания к национальным генетическим ресурсам в той или иной стране, о степени ее готовности к решению проблем биоразнообразия и, в конечном итоге, биотехнологии.
Российские коллекции микроорганизмов функционируют в качестве структурных подразделений госбюджетных учреждений, относящихся к различным ведомствам. Эти собрания можно подразделить на три категории. Первая — коллекции широкого профиля, где поддерживаются эталонные культуры известных видов микроорганизмов с целью систематики и разработки классификационных схем и методов их идентификации. Они же выполняют функции патентного депонирования и экспертных центров в области таксономии микроорганизмов. Вторая категория — специализированные (коллекции при учреждениях, академические), предназначенные для изучения и сохранения микроорганизмов конкретных таксономических групп, выделенных из природных экосистем и обладающих потенциально ценными свойствами. Третья — исследовательские (частные, чаще всего монографические), формируемые отдельными учеными для использования штаммов в узкоспециальных научно-поисковых проектах.
УРАЛЬСКОЕ СОБРАНИЕ АЛКАНОТРОФОВ
Один из специализированных узлов интенсивно развивающейся сети микробных депозитариев — действующая на Урале Региональная профилированная коллекция алканотрофных микроорганизмов* (официальный акроним коллекции ИЭГМ,
*Алканотрофы — микроорганизмы, образующие органическое вещество за счет углеводородов (прим. ред.).
Колонии родококков на агаризованной минеральной среде в присутствии п-гексадекана в возрасте 6 сут.: х 30.
-у ПО - . АЛ/ ¡11 I шМ, ■ шмтя ШШ в ж! }1 12У1 7г V Г ] Ш ' 1 ! 1 I им 1 II 1 [
В этих пробирках -коллекционные образцы микроорганизмов.
www.iegm.ru/iegmcol). Она входит в состав лаборатории нашего Института. Основой же ее послужило авторское собрание углеводородокисляющих культур, начатое в 1975 г. в связи с попытками использования их в качестве биоиндикаторов нефтегазоно-сности и экологических загрязнений. Коллекция специализируется на поддержании актинобактерий, ведущих окисление природных и антропогенных углеводородов и таким образом участвующих в биогеохимических процессах биосферы, формировании безуглеводородной атмосферы Земли.
При разработке концепции профиля нашего собрания учитывалось то, что Пермский край — один из перспективных нефтегазопромысловых районов Российской Федерации, а добыча природных углеводородов сопряжена с экологическими проблемами. И главная из них — нефтяные загрязнения: борьба с ними актуальна для всех территорий, где добывают «черное золото». Но и на Урале, и к востоку от него вплоть до тихоокеанского побережья аналоги подобные нашему депозитарию отсутствуют (правда, в Сибири действует коллекция светящихся бактерий Института биофизики СО РАН (Красноярск), а на Дальнем Востоке — морских микроорганизмов Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН (Владивосток).
В настоящее время объем собранного коллекционного генофонда составляют более 2 тыс. чистых, идентифицированных, детально охарактеризованных непатогенных штаммов, выделенных в результате многолетних экспедиций и полевых исследований из многих тысяч образцов почв, ризосферы, поверхностных и пластовых вод, снега, воздуха, керна, отобранных из контрастных эколого-географических регионов, в том числе Пермского Предуралья и Восточной Сибири, части Поволжья (Ульяновская область) и Красноярского края. Последнее особенно важно, ибо экологическое положение и источник выделения микробных культур определяют не только разнообразие их фенотипов, но и наличие таких форм изменчивости, которые могут указывать на
несхожесть в генотипах. На мой взгляд, ценн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.