научная статья по теме ФИЗИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ: СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ (ПО МАТЕРИАЛАМ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ “ФИЗИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ”, 16–19 ОКТЯБРЯ 2012 Г., МОСКВА) Биология

Текст научной статьи на тему «ФИЗИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ: СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ (ПО МАТЕРИАЛАМ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ “ФИЗИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ”, 16–19 ОКТЯБРЯ 2012 Г., МОСКВА)»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2013, том 60, № 4, с. 459-467

УДК 581.1

ФИЗИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ: СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ (ПО МАТЕРИАЛАМ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ "ФИЗИОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ",

16—19 октября 2012 г., Москва)

© 2013 г. Д. А. Лось

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Москва Поступила в редакцию 28.11.2012 г.

Этот номер журнала содержит статьи участников конференции "Физиология и биотехнология микроводорослей", посвященной 80-летию со дня рождения профессора В.Е. Семененко (1932—1998), которая проходила в Москве с 16 по 19 октября 2012 г. Тематически сообщения на конференции разделились по четырем основным направлениям: а) молекулярные и генетическое механизмы регуляции физиологических процессов; б) экофизиология микроводорослей; в) биотехнология микроводорослей; г) биоразнообразие и коллекции микроводорослей. Целью конференции было объединение исследователей, работающих в разных областях физиологии, биохимии, биофизики, молекулярной биологии и биотехнологии, но использующих одни и те же объекты — микроводоросли и цианобактерии. В этой вводной статье рассматриваются проблемы, которые охватывала конференция, достижения в области изучения микроводорослей и цианобактерий и их практического применения.

Ключевые слова: микроводоросли — цианобактерии — альгология — биотехнология — физиология

Б01: 10.7868/8001533031304009Х

ВВЕДЕНИЕ

С 16 по 19 октября 2012 г. в Москве в Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН проходила международная конференция "Физиология и биотехнология микроводорослей", приуроченная к 80-летию со дня рождения Виктора Ефимовича Семененко — основоположника современной альгологии и биотехнологии микроводорослей в России.

В этом выпуске журнала "Физиология растений" представлены статьи участников конференции, посвященные актуальным вопросам современной альгологии, микробиологии и биотехнологии фотосин-тезирующих клеток, включая эукариотические микроводоросли и цианобактерии.

В.Е. Семененко (1932-1998) известен в России и за ее пределами своим вкладом в изучение проблемы саморегуляции физиологических функций

Сокращения: СКМ — СО2-концентрирующий механизм; ТФ — транскрипционный фактор.

Адрес для корреспонденции: Лось Дмитрий Анатольевич. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН. Факс: 007 (499) 977-93-72; электронная почта: losda@ippras.ru

в фотосинтезирующих клетках. Он заложил фундаментальные основы биотехнологии микроводорослей как способа управления путями биосинтеза клетки через целенаправленные воздействия на их регуляторные системы. Работы Семененко в области физиологии, биохимии и практического применения микроводорослей начались в 50-х годах прошлого столетия и были связаны с использованием одноклеточных фото-автотрофных микроорганизмов в замкнутых биологических системах жизнеобеспечения. Эти работы были инициированы в связи с успешным началом освоения космоса и появлением новой отрасли знания — космической биологии. В то время рассматривались перспективы длительных межпланетных путешествий, создания обитаемых инопланетных станций и орбитальных комплексов, одним из главных звеньев которых представлялись биологические системы жизнеобеспечения с использованием фотосинтезирующих организмов, в первую очередь — микроводорослей.

В самом начале этого цикла работ изучалась жизнеспособность и уровень мутаций в клетках Chlorella в условиях космического полета. Для

этого уже 1958 г. были проведены эксперименты на непилотируемых спутниках, показавшие отсутствие заметных изменений в физиологическом и популяционном состояниях водорослей в полетном эксперименте [1]. Осуществлялся подбор наиболее перспективных для систем жизнеобеспечения форм одноклеточных водорослей, изучались условия интенсификации их роста, разрабатывались различные типы закрытых фо-тобиореакторов, в которых течение 1.5-месячного непрерывного эксперимента клетки Chlorella могли поставить 25—30 л кислорода в сутки с 1 л суспензии. Были сконструированы плоские фо-тобиореакторы, фотореакторы с использованием воздушных струйных насосов, турбосорберов с форсуночным распылением суспензии в освещаемом объеме, с распределением световой энергии в суспензии с помощью различных типов световодов [2].

Принципиальным условием, определявшим возможность применения биологической системы жизнеобеспечения, являлась высокая степень надежности и устойчивости звена микроводорослей. Разработанная В.Е. Семененко и Л.Н. Цо-глиным в 1967 г. теория автоселекционных процессов в популяциях микроводорослей, будучи подтвержденной экспериментально, надежно гарантировала стабильность газообменных характеристик биологического звена и показала возможность интенсификации фотосинтетических и продукционных показателей микроводорослей в процессе их длительного непрерывного культивирования [3].

Наряду с регенерацией атмосферы в задачи биологической системы жизнеобеспечения входит и обеспечение полноценного рациона питания экипажа. Вопросы регулирования биохимической направленности фотосинтетического метаболизма клеток микроводорослей стали одним из основных направлений исследований В.Е. Семененко, вылившихся впоследствии в предложенную им теорию эндогенной регуляции фотосинтеза [4]. Работы в этом направлении привели к подбору форм-продуцентов различного рода соединений и разработке методов управления биохимическим составом микроводорослей с помощью широкого спектра экстремальных воздействий на культуру [5]. Предложенный в 70-х годах метод двухфазного культивирования микроводорослей дал возможность вести процесс непрерывного получения биомассы с заданным химическим составом без снижения фотосинтетической активности микроводорослей.

Вместе с исследованиями эндогенной регуляции фотосинтеза его продуктом — глюкозой [4], Семененко занимала проблема проявления саморегуляции фотосинтеза при его ограничении недостатком углекислоты. В этих исследованиях

В.Е. Семененко исходил из гипотезы о том, что низкая концентрация СО2 в современной атмосфере Земли является одним из факторов планетарного масштаба, ограничивающих фотосинтез микроводорослей и, по-видимому, всех С3-расте-ний. В начале 70-х годов после открытия С4-фо-тосинтеза получила распространение точка зрения, что способность концентрировать СО2 в клетке является отличительной особенностью С4-растений, тогда как С3-растения не обладают этой способностью. В то время многие исследователи занимались судьбой углерода у С3-растений уже после его взаимодействия с РБФК, тогда как транспорт СО2 в клетку в лучшем случае отмечался в виде сопротивления диффузии СО2. Тем не менее, ряд таких фактов, как несоответствие между действительным сродством РБФК к СО2 и его расчетными концентрациями в строме хлоропласта, увеличение фотосинтетического сродства к СО2 при адаптации клеток к снижению уровня диоксида углерода в среде, способность микроводорослей расти в отсутствие СО2 на средах, содержащих бикарбонат, находились в противоречии с гипотезой о прямой диффузии СО2 к центрам карбок-силирования и показывали, что обеспечение субстратом темновых реакций фотосинтеза находится под генетическим контролем клетки [6].

К теоретической части работ принадлежит гипотеза Семененко о важной роли пиреноида, содержащего РБФК/О и карбоангидразу, в концентрировании, генерации и фиксации СО2 в хлоропласте. Исследования В.Е. Семененко, проведенные совместно с его женой и соратником М.Г Владимировой, в которых впервые была показана локализация РБФК/О в пиреноидах, хорошо известны среди специалистов, занимающихся проблемой углеродного метаболизма [7]. Полученные экспериментальные данные и сделанные на их основе обобщения позволили В.Е. Се-мененко сформулировать концепцию о функциональной роли С02-концентрирующего механизма (СКМ) как о целостной интегрированной системе, в которой решающую роль играют компартментация, селективные свойства мембран, градиент протона, локализация и топология карбоангидраз, трансмембранный перенос неорганического углерода. Эта концепция расширила представления о фотосинтетическом метаболизме и позже нашла дальнейшие экспериментальные подтверждения [8, 9].

С целью сохранения биоразнообразия микроводорослей, поддержания стабильности используемых в исследованиях и в технологических процессах штаммов микроводорослей В.Е. Семененко и М.Г. Владимировой была создана Коллекция микроводорослей IPPAS, которая входит в Международную ассоциацию коллекций — ECCO (European Culture Collection Organization).

Целью прошедшей конференции "Физиология и биотехнология микроводорослей" было объединение исследователей, работающих в разных областях физиологии, биохимии, биофизики, молекулярной биологии и биотехнологии, но использующих одни и те же объекты — микроводоросли и цианобактерии. Доклады на конференции, помимо сессии, посвященной памяти В.Е. Семененко, разделились по четырем основным направлениям.

1. Молекулярные и генетическое механизмы регуляции физиологических процессов.

2. Экофизиология микроводорослей.

3. Биотехнология микроводорослей.

4. Биоразнообразие и коллекции микроводорослей.

На конференции присутствовало более 100 зарегистрированных участников из 9 стран, включая Белоруссию, Болгарию, Великобританию, Германию, Казахстан, Россию, США, Чехию, Южную Корею, Японию. Российские участники были представлены научно-образовательными учреждениями Борка (Ярославская обл.), Владивостока, Геленджика, Екатеринбурга, Ижевска, Иркутска, Казани, Краснодара, Москвы, Новосибирска, Оренбурга, Пущино, Санкт-Петербурга, Стерлитамака, Сыктывкара, Улан-Уде.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Наша планета обязана цианобактериям и микроводорослям возникновением современной кислородной атмосферы, обусловившей появление эукариотической клетки и развитие животного и растительного мира в том виде, в котором мы сегодня его наблюдаем. Будучи фотосинтезирую-щими организмами и основными компонентами фитопланктона, эти организмы и

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»