Научные школы
| |
Генетическое и биохимическое разнообразие микроорганизмов
Школа сформировалась в 60-70-е годы прошлого столетия. Студенты, магистранты, аспиранты и молодые специалисты-микробиологи МГУ, Института Микробиологии РАН и Института биохимии и физиологии микроорганизмов Пущинского центра биологических исследований РАН, выполнявшие свои научные работы под руководством Л.В. Калакуцкого, продолжили затем исследования в различных университетах, научных и научно-производственных организациях РФ, стран СНГ, а также США и Германии. За годы существования школы защищено около десятка докторских и свыше 30 кандидатских диссертаций. Школа неоднократно школа поддерживалась грантами поддержки ведущих научных школ (РФФИ и Президента РФ).
Л.В. Калакуцкий – один из организаторов Пущинского государственного университета (Ныне Пущинский естественно-научный институт), в течение ряда лет занимал должности проректора по науке ПущГу, а также профессора МГУ и заведующего отделом Всероссийская коллекция микроорганизмов (ВКМ) ИБФМ РАН, созданного в 1980 г. и руководимого им протяжении многих лет. Бессменный научный руководитель и консультант проводимых в отделе, а также в ИБФМ, научных и научно-организационных исследований и работ, связанных с изучением и сохранением микробного разнообразия. Является Председателем защитного ученого совета ИБФМ. Специалисты одела ВКМ составляют ядро коллектива научной школы Л.В. Калакуцкого (27 научных сотрудников, в их числе 10 молодых ученых и аспирантов).
Актуальность и перспективы исследований
Согласно современным представлениям, генетическое и биохимическое разнообразие микроорганизмов планеты превосходит таковое растений и животных вместе взятых на порядок величин. Вместе с тем, большинство сегодняшних знаний о микроорганизмах и базирующихся на их основе научно-практических разработок основываются на результатах изучения лишь вершины «микробного айсберга». Границы мира микробов и их свойств точно не известны, поскольку большую часть его представителей пока не удавалось получить в лабораторной культуре. Доместикация микроорганизмов (выявление, введение в культуру, изучение и сохранение в публичной коллекции) продолжает оставаться одной из центральных задач микробиологии. В ближайшие годы поток новых микроорганизмов из природы в лаборатории будет нарастать – как в связи с развитием и совершенствованием методов и методологии их исследований (секвенирование геномов и белков, синтетическая и системная биология и т.д.), так расширяющимися сферами их практического использования. Процесс будет сопровождаться описанием новых видов, родов и высших таксонов, пониманием механизмов функционирования микробиомов человека, животных и растений, открытием новых биомолекул, созданием новых технологий, руководств и определителей и т.д. Поток новых организмов в лаборатории потребует также перестройки коллекционного дела и организации в стране микробиологических ресурсных центров. Создание сети баз данных по штаммам микроорганизмов и сопряженной информации, а также структуризации и распределения фондов между БРЦ различных стран (ограничение дублирования) являются ключевыми задачами развития мировой инфраструктуры научных исследований на ближайшие годы.Основные результаты, полученные в рамках научной школы Л.В. Калакуцкого, заключаются, кратко, в следующем:
- Выявлено и описано более 20 новых родов и 50 новых видов микроорганизмов, представителей всех основых подцарств (бактерии, археи, мицелиальные грибы и дрожжи). Впервые с применением методов молекулярной экологии получены данные о разнообразии архей в многолетних постоянно-мерзлых отложениях Арктики возраста 6-15 тысяч лет. Обнаружены представители известных и большого числа неописанных родов и видов в составе 4-х порядков архей, большинство из которых сегодня отсутствуют в чистой культуре. Описанные таксоны являются общепризнанными и приводятся во всех мировых определителях и руководствах по микробиологии.
- Впервые исследованы микроскопические грибы в глубинных образцах вечной мерзлоты Сибири и Антарктиды с использованием микробиологических и молекулярно-биологических методов, показано их высокое таксономическое разнообразие (множество видов, относящихся к более чем 25 родам). Впервые найдены жизнеспособные мицелиальные грибы в линзах незамерзающей гиперсоленой воды (криопэгах) в древних многолетнемерзлых грунтах. Среди штаммов из криосферы обнаружены продуценты алкалоидных соединений, в том числе новых и перспективных для биомедицины.
- Результаты приоритетных исследований полимеров клеточных стенок бактерий в таксономическом аспекте обнаружили высокую степень корреляции состава и структуры гликополимеров с филогенетическим положением организмов. Полученные результаты расширяют представления о биосинтетическом потенциале микроорганизмов, открывают новые возможности для разграничения на уровне фенотипа близких видов бактерий. Актуальны для понимания механизмов взаимодействия бактерий в микробных сообществах, с макроорганизмами, для аннотации геномов и т.д. Обнаружено несколько десятков новых биополимеров, в их числе нового класса.
- Результатом приоритетных исследований антагонистической активности микроорганизмов явилось обнаружение большого числа штаммов дрожжей, образующих летальные для дрожжей микоцины (пептиды). На множестве примеров показано, что микоцинотипирование является эффективным инструментом в таксономических, экологических и эпидемиологических исследованиях. Впервые обнаружена фунгицидная активность дрожжей, обусловленная секрецией гликолипидов (с более широким, чем микоцины, спектром действия; подавляют рост широкого спектра грибов, в т.ч., патогенов растений, животных и человека).
- Подготовлены и опубликованы 19 глав в составе наиболее авторитетных международных изданий по микробиологии – «Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology» («Определитель Берги») и «The Prokaryotes». Материалы глав включают исчерпывающий обзор современного состояния области исследований актинобактерий (различных семейств и большого числа входящих родов и видов); основываются на данных литературы и собственных результатах авторов.
- Одним из важнейших достижений школы и лично Л.В. Калакуцкого, помимо результатов научных исследований, является сохранение в течение многих лет и развитие Всероссийской коллекции микроорганизмов. Фонд ВКМ сегодня – самый крупный в стране по численности и разнообразию и широко востребован научным сообществом в связи с фундаментальными исследованиями и практическими разработками. ВКМ превосходит все коллекции РФ по частоте цитирования штаммов в публикациях и числу ссылок на них в мировых информационных базах данных.
В последние годы усилия специалистов школы Л.В. Калакуцкого направлены на достижение уровня международных стандартов по всем видам коллекционной деятельности и созданию на базе ВКМ Биологического ресурсного центра международного уровня. На основании исследований и разработок реализован ряд научно-организационных мероприятий, касающихся повышения уровня информационного сопровождения культур фонда ВКМ. Создан ряд баз данных в т.ч., интегрированных в международные информационные ресурсы (StrainInfo, GenBank, Index Fungorum, MycoBank и др.). Впервые произведена оценка представленности последовательностей ДНК грибных таксонов в GenBank (в части, традиционно поддерживаемой грибными коллекциями и гербариями). В рамках международных проектов и сотрудничества с Всемирным центром данных по микроорганизмам, функционирующим под эгидой Всемирной федерации коллекций культур (WFCC), ведутся работы по расширению специализированных баз данных ВКМ и созданию информационной сети по микробным ресурсам Европы, в число разработчиков которой входят специалисты ВКМ.Основной состав школы: