Учреждение Российской академии наук Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН

Федеральное государственное учреждение «Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук»

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН

 
 

Лаборатория реликтовых микробных сообществ

e-mail: npimenov@mail.ru
телефон: (499) 135-31-75
руководитель: Пименов Николай Викторович, д.б.н.

В фокусе исследований:

  • алкалофильное анаэробное микробное сообщество содовых озер как аналог древнейшей наземной экосистемы; (Руководитель: д.б.н. Т.Н. Жилина, исполнители: к. геол-мин. н. Д.Г. Заварзина, к.б.н. В.В. Кевбрин, к.б.н. Ю.В. Болтянская, к.б.н. Е.Н. Деткова)
  • функциональное и таксономическое биоразнообразие цианобактерий и циано-бактериальнх сообществ и их роли в формировании и трансформации осадочных пород; (Руководитель: д.б.н. Л.М. Герасименко, исполнители: к.б.н. О.С. Самылина, В.К. Орлеанский)
  • микроорганизмы-деструкторы растительных биополимеров кислых ультрапресных экосистем; (Руководитель: д.б.н. Л.В. Васильева, исполнитель к.б.н. Ю.Ю. Берестовская)
  • биоразнообразие, экологическая роль и физиологическая активность психрофильных и психроактивных бактерий тундровых экосистем; (Руководитель: д.б.н. Л.В. Васильева, исполнитель к.б.н. Ю.Ю. Берестовская)
  • биоразнообразие и активность микроорганизмов прибрежных морских экосистем; (Руководитель: д.б.н. Н.В. Пименов, исполнитель к.б.н. А.Л. Брюханов)

Важнейшие результаты

  1. Выделены и исследованы новые алкалофильные анаэробы, осуществляющие реакции ступенчатого разложения органического вещества (начиная с гидролиза целлюлозы, других поли- и моносахаридов, а также белка) до конечного этапа разложения ацетата с сульфидогенезом.
  2. Выделены и исследованы новые железоредуцирующие бактерии, ответственные за восстановление различных соединений окисного железа в анаэробном алкалофильном микробном сообществе.
  3. Выделены и описаны новые психротолерантные и психрофильные представители бактерий почвы заполярной тундры России.
    Проведено изучение цианобактерий и циано-бактериальных сообществ в формировании и трансформации осадочных пород.
    Исследовано микробное сообщество водной толщи Черного моря. Выявлено присутствие активных форм анаэробных микроорганизмов в аэробных водах.
  4. Проведены исследования активности и структуры микробного сообщества покмарков и газонасыщенных осадков Гданьской впадины, а также мелководных заливов российского сектора Балтийского моря.
  5. Изучены бактериальные представители мико-бактериального сообщества кислых ультрапресных местообитаний, использующие продукты разложения древесины ксилотрофными грибами.

Основополагающие публикации:

  1. Заварзин Г.А. Литотрофные микроорганизмы. М.: Наука, 1972, 322 с.
  2. Заварзин Г.А Фенотипическая систематика бактерий: пространство логических возможностей. М.:Наука,1974, 143 с. 
  3. Балашова В.В Микоплазмы и железобактерии. М.: Наука, 1974, 65 с.
  4. Заварзин Г.А. Водородные бактерии и карбоксидобактерии. М.:Наука 1978, 203 с.
  5. Заварзин Г.А. Биологическая энергия и экологические исследования ее широкого применения. В кн.:Энергетика и топливо. 1982. С. 7284. 
  6. Заварзин Г.А. Бактерии и состав атмосферы М.: изд."Наука", 1984, 198 с. 
  7. Г. А.Заварзин и др: "Кальдерные микроорганизмы" Наука, 1989, с. 98112.
  8. Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. (отв. ред. Колотилова Н.Н.) М.: Наука, 2004, 348 с.
  9. Г.А.Заварзин. Три жизни великого микробиолога: Документальная повесть о Сергее Николаевиче Виноградском / Под ред. и с коммент. Н.Н. Колотиловой – М.: Книжный дом "ЛИБРОКОМ", 2009, 240 с.
  10. Заварзин Г.А. Эволюция прокариотной биосферы “микробы в круговороте жизни “120 лет спустя. Чтение им. С.Н. Виноградского. М.: Макс Пресс, 2011, 142 с. 
  11. Заварзин Г.А. Какосфера. Философия и публицистика. – М.: Ruthenica, 2011. 460 с.

К истории лаборатории и ее направлений 

Лаборатория была организована в 1961 году и ее руководителем стал будущий академик РАН, а тогда к.б.н., Георгий Александрович Заварзин (1933-2011). В течение полувека он был ее лидером и идеологом многих направлений природоведческой микробиологии. Первое название лаборатории – “Лаборатория литотрофных микроорганизмов” – отражало ее специализацию на изучении микроорганизмов, использующих неорганические соединения для получения энергии. Новый способ жизни (хемосинтез) был открыт в XIX веке русским микробиологом С.Н. Виноградским и микробы, осуществляющие этот процесс, как важнейшие геохимические агенты, стали одним из основных объектов исследований микробиологов. Изучение новых и трудно культивируемых организмов таких как почкующиеся и литотрофных: нитрифицирующих, тионовых, железо-окисляющих и железо-восстанавливающих, марганец-окисляющих, водородных и СО-окисляющих бактерий, а в дальнейшем различных групп экстремофильных микроорганизмов (термо-, гало-, алкало-, психро-, ацидофильных и омброфильных) внесло значительный вклад в расширение знаний о функциональном биоразнообразии микробного мира. Особое внимание уделялось организмам с газовым питанием, поскольку микробный газовый фильтр представляет явление планетарного масштаба, определяя состав атмосферы. В окислительном газовом фильтре изучались Н2 и СО-окисляющие бактерии. Интерес к водородокисляющим бактериям поддерживался и многими прикладными аспектами, связанными с замкнутыми системами жизнеобеспечения, крупнотоннажным производством белка одноклеточных, водородной энергетикой, получением полиоксимасляной кислоты для медицины. Эти аспекты, получившие развитие в Красноярском институте биофизики РАН базировались на созданной в лаборатории коллекции водородных бактерий, из которых высокопродуктивный штамм Alcaligenes eutrophus – Z-1 имел первостепенное значение. (см. Волова Т.Г. “Водородные биотехнологии” 2010). Особое место в трансформации газов занимает окисление СО. В лаборатории были выделены и изучены первые СО - окисляющие бактерии названные карбоксидобактериями, послужившие затем вместе с другими бактериями этой группы, выделенными Мейером (ФРГ), для детального исследования СО-дегидрогеназы.
Работы первых 20 лет  по разным группам литотрофных бактерий были обобщены в монографиях Г.А. Заварзина «Литотрофные микроорганизмы», «Водородные бактерии и карбоксидобактерии» , «Бактерии и состав атмосферы», вышедших в 1972, 1978 и 1984 гг., а исследования по новой группе микроорганизмов - свободноживущих микоплазм, окисляющих железо в монографии В.В. Балашовой «Микоплазмы и железобактерии», 1974.
Одновременно с изучением чистых культур приходило понимание первостепенного значения кооперативных взаимодействий микроорганизмов в биоценозах, где метабиотические и синтрофные отношения играют определяющую роль. Наиболее наглядно эти отношения выявляются в анаэробных микробных сообществах, осуществляющих деструкцию органического вещества. Генерация метана в них осуществляется высокоспециализированной группой архей – метаногенами. В лаборатории, впервые в стране, были начаты работы с этими строго анаэробными организмами, что потребовало разработки принципиально новой техники и подходов для их культивирования. Стало возможным начать исследования по изучению трофических связей в микробных сообществах цикла метана и выделить характерных бактериальных агентов, ответственных за образование и окисление СН4. Здесь же на трофическом уровне была выявлена регулирующая роль водорода в анаэробном сообществе. В 1979 году, к лаборатории был присоединен отдел фотосинтезирующих микроорганизмов, ранее руководимый д.б.н., проф. С.В. Горюновой, что дало возможность исследовать и продукционные процессы, осуществляемые цианобактериями в микробных сообществах.
Изучение термофильных цианобактериальных сообществ наземных гидротермальных экосистем, и цианобактерий, как первичных продуцентов, осуществляющих трансформацию глубинных газовых эксгаляций, дало понимание своеобразия кальдерных микроорганизмов, обеспечивающих взаимосвязь геологических и биологических процессов и их роли в создании кислородной атмосферы Земли (см. «Кальдерные микроорганизмы» 1989).
 Исследования анаэробной деструкции в термофильных матах привели к открытию новых микробных процессов: анаэробного окисления окиси углерода с образованием водорода, диссимиляторного восстановления трехвалентного железа и элементной серы. Эти процессы, наряду с исследованием биоразнообразия микробов их осуществляющих, получили в дальнейшем успешное развитие в лаборатории термофильных микробных сообществ под руководством д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловской, выделившейся в самостоятельное подразделение в 1996 году.
Новый системный подход, введенный Г.А. Заварзиным в изучении микробных сообществ как целостной системы, выражающийся в исследовании взаимосвязи микроорганизмов между собой и средой обитания и позволяющий установить значимость осушествляемого микробным сообществом процесса для функционирования природной экосистемы, был продемонстрирован при изучении микробных сообществ различных экстремальных экосистем - от высокоминерализованных (галофильных и алкалофильных)  до ультрапресных кислых болот.
Исследование трофической организации цианобактериальных галофильных матов, - аналогов древних строматолитов, составлявших основу биосферы в докембрийский период, привело к открытию новой группы умеренно и экстремально-галофильных  метилотрофных метаногенных архей, использующих исключительно метиламины в качестве субстрата. Была установлена взаимосвязь специфического для морских систем метилотрофного пути метаногенеза с трофическим путем анаэробного разложения осмопротекторов в галофильном сообществе. Был открыт экстремально галофильный гомоацетоген, способный разлагать осмопротектор бетаин с образованием метиламинов. В совокупности с исследованием новых анаэробных целлюлозо- и сахаролитических галлофилов было реконструировано трофическое взаимодействие между организмами разных функциональных групп в цианобактериальном сообществе соленых лагун. Изучение галофильных циано-бактериальных матов in situ, разнообразия цианобактерий в них, а также их лабораторное моделирование и способность цианобактерий к минералообразованию дало возможность воссоздать события эпохи массового образования строматолитов.
Смещение интересов от изучения чистых культур к сообществам микроорганизмов отразилось в смене названия лаборатории. В 1991 году она становится «Лабораторией микробных сообществ», которая в 1996 году преобразуется в «Отдел микробных сообществ» под руководством академика РАН Г.А. Заварзина, состояший из трех лабораторий: «Реликтовых микробных сообществ» (зав. лаб., акад. Г.А. Заварзин), «Термофильных микробных сообществ» (зав. лаб. д.б.н. Е.А. Бонч-Осмоловская) и «Антропогенных микробных сообществ» (зав. лаб., д.б.н. А.Н. Ножевникова).
К 90-м годам накопление большого объема экспериментального материала по конкретным группам микроорганизмов вместе с теоретическим обоснованием кооперативных отношений между микробами привело к ясному пониманию главенствующей роли микробных сообществ, как в формировании, так и в функционировании современной биосферы Земли. В 1993 году Г.А. Заварзиным выдвинута гипотеза об эпиконтинентальных содовых водоемах как центрах происхождения современного биоразнообразия прокариот на «содовом континенте». Так был обозначен поворот в сторону изучения алкалофильных сообществ наземных экосистем, ранее не исследовавшихся. Первые же работы по выделению алкалофилов из высокоминерализованного содового озера Магади показали удивительное таксономическое и функциональное разнообразие биоценоза. Последующие работы лаборатории на щелочных озерах других географических регионов (Забайкалья, Тувы, Алтая) подтвердили правильность и новизну выбранного направления исследований. На основе впервые выделенных и исследованных представителей основных функциональных групп в анаэробном алкалофильном сообществе (сульфатредукторов, железоредукторов, гомоацетогенов, целлюлозоразлагающих микроорганизмов, сахаролитиков и пептолитиков) была установлена полноценность и автономность его трофической системы, необходимой для замыкания основных биогеохимических циклов. Полученные результаты дают основание рассматривать микробные сообщества содовых озер как реликтовые аналоги наземных сообществ раннего протерозоя.
Одним из важных направлений работы лаборатории является изучение разнообразия и экофизиологии алкалофильных цианобактерий. Из содовых озер Африки и Алтайского края России были выделены первые экстремально натронофильные цианобактерии и выявлены особенности их углерод-концентрирующего механизма (ССМ), который у этой группы организмов играет регулирующую роль. Изучение процессов минерализации цианобактерий и циано-бактериальных матов различных экониш, сравнение морфологии экспериментально полученных микрофоссилий с биоморфными структурами древних фосфоритов, кремнистых и карбонатных пород, показали их идентичность, что позволяет говорить о роли галоалкалофильных цианобактерий в образовании карбонатных пород в прошлом. Это послужило основой для открытия нового направления в палеонтологии – бактериальной палеонтологии. Работы лаборатории по изучению алкалофильных микробных сообществ суммированы в 14 томе Трудов Института микробиологии им. С.Н. Виноградского (2007).
Наряду с исследованием щелочных и соленых местообитаний, в лаборатории в течение ряда лет велись работы по изучению микробных сообществ ультрапресных наземных экосистем, имеющих дождевое питание. Для микробных обитателей ультрапресных вод Г.А. Заварзиным был предложен термин «омброфилы». Изучение омброфилов осуществляли две исследовательские группы, возглавляемые д.б.н. Л.В. Васильевой и д.б.н. С.Н. Дедыш. В фокусе исследований группы Л.В. Васильевой –микроорганизмы темноцветных дистрофных вод, образующихся при разложении древесины в ультрапресных условиях, тогда как группа С.Н. Дедыш специализировалась на изучении микробных сообществ сфагновых болот. Последняя в 2008 году получила статус лаборатории “Микробиологии болотных экосистем“, входящей в состав отдела «Микробных сообществ».
Таким образом, лаборатория, возглавляемая академиком Г.А. Заварзиным, явилась родоначальницей 3-х новых лабораторий, появившихся в составе Института в течение последних 15 лет. Исследования этих научных коллективов имеют общую научную идеологию, которая может быть охарактеризована как Биосферная Микробиология. Они выполнялись в рамках программ Президиума РАН “Происхождение жизни и эволюция гео-биологических систем”, “Молекулярная и клеточная биология”, “Изменение окружающей среды и климата: природные и связанные с ними техногенные катастрофы“, Госконтрактов “Роснаука“.
С  2012 года заведующим лабораторией реликтовых микробных сообществ стал докт. биол. наук Н.В. Пименов. Сегодня лаборатория развивает основные научные направления, заложенные акад. Г.А. Заварзиным в области исследования функционального разнообразия микробного мира, роли микробных сообществ в биосфере прошлого (происхождение и эволюция биосферы) и настоящего (экофизиологическая роль бактерий и их участие в формировании почвы, атмосферы, а также влияние на состав морских и континентальных водных экосистем). В состав лаборатории входят 4 д.б.н. и 8 к.б.н.

 


Добавление новостей

Для добавления Ваших новостей в ленту просим обращаться к администратору сайта по электронной почте: natgal@inmi.ru


Старый сайт

При необходимости Вы можете воспользоваться старой версией сайта по адресу old.inmi.ru

Последние новости

Поздравляем с юбилеем академика М.В. Иванова!

2015

Дорогой Михаил Владимирович! Дирекция и Коллектив Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук и Института микробиологии им. С.Н. Виноградского от всей души поздравляют Вас с 85-летним юбилеем со дня рождения!

 

Доклад Печниковой Е.В. по диссертации на соискание степени кандидата биологических наук "Структура вируса штриховатой мозаики ячменя и гигантских бактериофагов El и Lin68 по данным криоэлектронной микроскопии"

2015

10 ноября в ИНМИ РАН в рамках семинара Актуальные проблемы микробиологии ИНМИ РАН  состоится доклад Печниковой Е.В. по диссертации на соискание степени кандидата биологических наук "Структура вируса штриховатой мозаики ячменя и гигантских бактериофагов El и Lin68 по данным криоэлектронной микроскопии."

 

Отчет о ходе выполнения проекта № 14.607.21.0018

2015

Информация о ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии № 14.607.21.0018 от 5 июня 2014 г. Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» под руководством д.б.н., зав. лаб. Н.В. Пименова.

 
Все публикации

Галерея событий

Кликайте и смотрите фотографии с последних событий