8 февраля Россия отметила День науки. Одно из активно развивающихся направлений — промышленная микробиология, которая превращает бактерии из потенциальных вредителей в инструмент для решения производственных задач. Биоэкономика, основанная на использовании живых организмов и биологических процессов, становится заметной частью глобальной экономики: по оценкам ОЭСР, к 2030 году на биотехнологии будет приходиться до 35% мирового ВВП. Российская наука также работает в этой логике, адаптируя микроорганизмы для пищевой промышленности, энергетики, медицины и климатических исследований.
Молочные бактерии для свежести сыра
Томский государственный университет создает банк собственных штаммов бактерий для российской молочной промышленности. Эти культуры нужны для производства йогуртов, кефира и сыров с заданными вкусовыми и текстурными характеристиками. Микробиологи ТГУ передали Угличской биофабрике 20 штаммов лактобактерий и одновременно решили практическую проблему сыроделов.
Ученые выявили бактерию, которая портит сыр — она проникает на производство с коровьим молоком. Клостридии попадают в молоко из-за нарушений гигиены при доении и кормлении. В процессе созревания сыра эти бактерии выделяют газы, что приводит к раздуванию и растрескиванию сырных головок, а образование масляной и уксусной кислот портит вкус и запах продукта. Даже небольшое количество клостридий может испортить партию.
Клостридии образуют споры, устойчивые к высоким и низким температурам, а также к химическим веществам. Обычная дезинфекция неэффективна. Для борьбы с ними используют другие микроорганизмы — естественных противников клостридий, способных подавлять их размножение. Специалисты ТГУ искали такие культуры в фермерских продуктах, включая шубат — верблюжью простоквашу. В результате выделено около ста "чистых" штаммов лактобактерий без генов устойчивости к антибиотикам. Каждый штамм оценивался по параметрам, влияющим на стабильность производства: скорость сквашивания, вязкость, вкус и текстура.
Угличская биофабрика отобрала 20 наиболее перспективных штаммов. Для десяти из них ученые провели полногеномное секвенирование и создали генетические профили. Анализ подтвердил отсутствие генов устойчивости к антибиотикам, что делает использование этих заквасок безопасным для здоровья человека.
Светлана Бик
Структура бактериальной антенны для солнечных панелей
Российско-китайская команда ученых выявила новый элемент в светособирающей системе фотосинтезирующих бактерий. Это открытие может лечь в основу более стабильных солнечных батарей с увеличенным сроком службы.
Исследователи определили структуру светособирающей антенны серной пурпурной бактерии Ectothiorhodospira haloalkaliphila. Антенна — это комплекс белков и пигментов на клеточной мембране, отвечающий за поглощение света и его использование в фотосинтезе.
Ученые исследовали мутантную бактерию, не способную синтезировать каротиноиды — пигменты, необходимые для фотосинтеза. Предполагалось, что отсутствие этих пигментов приведет к дефектам в антенне. Однако анализ показал, что в структуре присутствует бесцветный предшественник каротиноидов, оказавшийся центральным элементом системы. Этот предшественник не участвует в поглощении света, но обеспечивает структурную стабильность, формируя каркас для сборки светособирающей системы.
Этот принцип стабилизации важен для развития солнечной энергетики. Современные солнечные батареи, особенно на основе перовскитов, разрушаются под воздействием окружающей среды, несмотря на высокую эффективность поглощения света. Исследование показывает необходимость учитывать не только светочувствительный слой, но и его молекулярную основу при проектировании солнечных элементов. Ученые предлагают по аналогии с бактериальной антенной создавать защитный молекулярный каркас, который будет стабилизировать рабочую структуру и продлевать срок службы панелей.
Целлюлоза из чайного гриба для лечения ожогов
Омский государственный технический университет разработал биоматериал для лечения ожогов и ран на основе чайного гриба. Разработчики считают, что эта альтернатива импортным аналогам может продвинуть восстановительную медицину.
В основе биоматериала лежит биополимерное покрытие из целлюлозы, производимой бактериями чайного гриба (комбучи). Материал обладает антибактериальными и ранозаживляющими свойствами, ускоряя регенерацию тканей и защищая поврежденную кожу. В лабораторных испытаниях он продемонстрировал эффективность против бактерий — зона подавления роста большинства из них составила 1–1,5 см, что превосходит показатели синтетических антибиотиков в 2–3 раза.
Основное преимущество разработки — низкая стоимость. Себестоимость ста граммов покрытия составляет 82 рубля, что значительно дешевле импортных аналогов. Локальное производство материала позволит снизить зависимость от зарубежных поставок. Для массового выпуска "чайной кожи" планируется использовать технологию 3D-печати.
Светлана Бик
Метанотрофы для переработки парникового газа
Согласно научному обзору международной команды ученых, микроорганизмы, поглощающие метан, могут помочь преобразовать один из самых мощных парниковых газов в полезные продукты: корма для животных, биоразлагаемые пластмассы и более чистое топливо. В исследовании рассматриваются метанотрофы — бактерии, которые потребляют метан как источник углерода и энергии. Ученые утверждают, что метанотрофы могут замедлить глобальное потепление и одновременно обеспечить возможности для низкоэнергетического производства.
Метанотрофы в природе процветают в средах, богатых метаном: водно-болотные угодья, рисовые поля, лесные почвы, озера и горячие источники. Эти микроорганизмы используют специализированные ферменты, которые поэтапно окисляют метан, превращая его в метанол, формальдегид, формиат и углекислый газ в мягких условиях.
Исследователи работают над практическим применением этих возможностей. В обзоре описаны новые инженерные подходы: биопокрытия для полигонов твердых бытовых отходов, биофильтры для удаления метана в шахтах и биогазовых установках, системы очистки сточных вод с метаноокисляющими бактериями. В горнодобывающей промышленности распыление ультрадисперсного водяного тумана с метанотрофами снижает концентрацию метана в воздухе, уменьшая как выбросы, так и риск взрывов. В процессе очистки сточных вод некоторые метанотрофы способны одновременно удалять метан и азотсодержащие соединения.
Экспериментальные системы показали, что размещение метанотрофов на материалах вроде кокосового волокна или модифицированного хитозана может значительно повысить выход метанола для дальнейшего использования в производстве. Другие смешанные микробные культуры способны преобразовывать биогаз в богатую белком биомассу, пригодную для кормовых целей. Некоторые метанотрофы накапливают углерод в виде полимерных гранул, которые впоследствии перерабатываются в материалы, подобные пластику.
Диатомовые водоросли для прогнозирования климата
Индийские ученые разработали метод оценки климатических изменений на протяжении тысячелетий посредством изучения диатомовых водорослей. Диатомовые водоросли — одноклеточные организмы, которые встречаются в океанах, реках, озерах и почве. Они производят около 20–30% кислорода на планете посредством фотосинтеза. Для климатологов их ценность заключается в "стеклянных" панцирях, известных как фрустулы.
Когда диатомеи погибают, их прочные кремниевые оболочки оседают на дно водоемов и сохраняются в осадочных породах тысячи и миллионы лет. Разные виды диатомей процветают в определенных условиях окружающей среды: температура воды, уровень солености, концентрация питательных веществ и pH. Состав отложений в слоях осадков служит точным индикатором состояния экосистемы в конкретный период времени.
Ископаемые микроскопические водоросли позволяют реконструировать экологические условия прошлого — температуру и количество осадков, давая представление о том, как менялся климат на протяжении веков.
Изучение диатомовых водорослей имеет значение для понимания современного климатического кризиса. Сравнивая естественные колебания климата, зафиксированные в диатомах, с резкими изменениями последних десятилетий, ученые могут точнее отделить природную изменчивость от влияния антропогенных факторов. Диатомеи, будучи основой многих водных пищевых цепей, сами являются индикаторами здоровья планеты. То, как они реагировали на периоды потепления или изменения уровня осадков в прошлом, дает биологам данные для прогнозирования того, как современные экосистемы, включая рыболовство и запасы пресной воды, будут адаптироваться к будущим климатическим сдвигам.
Команда ИНФРАГРИН
