Шифр эксперимента: | Биоэкология | ||||||||||||||||||||||||||||
Информационная справка: | is_bioekologiya_2013_g.docx | ||||||||||||||||||||||||||||
Направление НПИ: | 4. Космическая биология и биотехнология | ||||||||||||||||||||||||||||
Секция КНТС: | Космическая биология и физиология | ||||||||||||||||||||||||||||
Наименование эксперимента: | Получение высокоэффективных штаммов микроорганизмов для производства препаратов биодеградантов нефти, фосфорорганических веществ, средств защиты растений, а также экзополисахаридов, используемых в нефтяной промышленности | ||||||||||||||||||||||||||||
Цель эксперимента: |
Изучение воздействия факторов космического полета, в том числе радиационного излучения и потоков тяжелых заряженных частиц, на микробиологические объекты, используемые в народном хозяйстве, получение высокоэффективных штаммов продуцентов средств защиты растений, экзополисахаридов, биодеградантов продуктов загрязнения окружающей среды нефтью, нефтепродуктами и фосфорорганическими веществами. | ||||||||||||||||||||||||||||
Описание эксперимента: |
Задачи в обеспечение выполнения данной цели: • проверка правильности сделанных предположений в предварительных наземных исследованиях о том, что ионы высоких энергий являются мощным мутагенным фактором; • исследование влияния факторов полета на физиологические и биохимические свойства культур микроорганизмов; • достижение максимально возможной продуктивности штаммов-продуцентов и целевых продуктов биосинтеза - БАВ. Условия орбитального полета предоставляют уникальную возможность для изучения воздействия тяжелых заряженных частиц галактического излучения на биообъекты. Такие частицы имеют в своем спектре практически все ионы элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева и обладают высокой проникающей способностью. В эксперименте изучалось влияние факторов космического полета на физиологические и биохимические свойства культур микроорганизмов в ходе экспонирования укладок «Биоэкология» в течение длительного времени. Объектом исследования являлись культуры: - микоризных грибов Mycelium radicis ginseng НТН-1, Cylindrocarpon radicicola Wollenweber НТН-10, Mycelium radicis var. ledum НЖ-13, Mycelium sterilia ЛХ-1 – продуценты препарата биостимулятора роста растений, которые экспонировались в КЭ на плотной питательной среде Гельцер в пробирках;
Вид колоний (а) и клеток (б) культуры Cylindrocarpon radicicola Wollenweber НТН-10
Вид колоний (а) и клеток (б) культуры Mycelium sterilia ЛХ-1
Вид колоний (а) и клеток (б) культуры Mycelium radicis ginseng НТН-1
Вид колоний (а) и клеток (б) культуры Mycelium radicis var. ledum НЖ-13 - бактериальных вегетативных культур – Arthrobacter sp. OC-1 (А1), Arthrobacter sp. МИА-74 (А2), Arthrobacter sp. МИП-89 (А3) – продуценты препарата биодеграданта нефти, которые экспонировались в КЭ на плотной питательной среде МПА в пробирках и в лиофильно высушенном состоянии в ампулах.
Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. OC-1 (б)
Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. МИП-89 (б)
Вид колоний (а) и клеток культуры Arthrobacter sp. МИА-74 (б) Исследуемые бактериальные и грибные культуры в наземных условиях обладают незначительной вариабельностью по макро- и микроморфологическим свойствам и значительной вариабельностью при изменении состава питательной среды, технологических параметров процессов культивирования, концентрирования, высушивания и хранения. Предыдущими экспериментами на станции «Мир» было доказано, что естественная вариабельность клонов бактериальных культур микроорганизмов может быть усилена факторами космического пространства (микрогравитация, магнитное поле, радиационное излучение), являющимися естественными мутагенами как в условиях космоса, так и в наземных условиях. На период начала эксперимента практически отсутствовали статистически достоверные данные по влиянию длительного воздействия факторов космического пространства на культуры грибных и бактериальных микроорганизмов – продуцентов различных БАВ. В связи с этим, огромный научный и практический интерес представляло использование эндомикоризных грибов и бактерий-биодеструкторов в качестве биообъектов исследования при проведении КЭ «Биоэкология». | ||||||||||||||||||||||||||||
Новизна эксперимента: |
Проводимые исследования имеют качественно новый уровень, отечественных и зарубежных аналогов (в области воздействия ионов высоких энергий) не имеют. Проводимые ранее работы с микробиологическими объектами имели другие цели и задачи. | ||||||||||||||||||||||||||||
Научная аппаратура: |
Пеналы «Биоэкология», термостат ТБУ | ||||||||||||||||||||||||||||
Ожидаемые результаты: |
В результате планируемого КЭ ожидается: • разработка методики и изучение принципиальной возможности использования условий космического пространства (космические радиационные поля, микрогравитация) для получения более высокоэффективных штаммов микроорганизмов-продуцентов биологически активных веществ; • получение новых высокоэффективных штаммов микроорганизмов, используемых в народном хозяйстве: - Bacillus thuringiensis ssp. Kurstaki шт. Z-52 - для производства СЗР, обладающего расширенным спектром действия, высокой инсектицидной активностью против вредителей плодово-ягодных и лесных культур; - Azotobacter vinilandii (Lipman) шт. ФЧ-1 - для производства экзополисахарида с улучшенными свойствами биополимера, широко используемого в нефтедобывающей промышленности; - Artrobacter, шт. ОС-1 - с повышенной биодеградирующей активностью в воде и почве - при биодеструкции нефтесодержащих загрязнений; - Escherichia coli шт. В-4437 - с повышенной биодеградирующей активностью к С-Р связи в ФОБ. | ||||||||||||||||||||||||||||
Полученные результаты: |
КЭ «Биоэкология» был проведен на РС МКС в период экспедиций МКС-7 ? МКС-16 с 26.04.03 г. по 10.04.08 г. В процессе эксперимента впервые в мире культуры эндомикоризных грибов (продуценты препарата регулятора роста растений) и бактериальные культуры (продуценты препарата-биодеграданта нефти и нефтепродуктов) экспонировались на РС МКС (МКС-7 ? МКС-16) в течение 8,1 ? 37,8 месяцев (244 ? 1135 дней). В ходе анализа экспериментальных данных получены следующие результаты: - выявлены закономерности в изменении свойств микроорганизмов в процессе проведения космического эксперимента; - выделены и изучены новые высокоактивные штаммы микоризных грибов – продуцентов препарата гормона роста и бактерий – продуцентов препарата-биодеградации нефти и нефтепродуктов; - проведены лабораторные, мелкоделяночные и полевые испытания, которые показали высокую эффективность препаратов, полученных на основе лётных культур штаммов микоризообразующих грибов и бактерий; - получено 7 штаммов – суперпродуцентов препарата гормона роста и 14 штаммов – суперпродуцентов препарата биодеграданта нефти. На основании полученных данных разработаны следующие технико-экономические документы: - Инвестиционный проект «Создание производства гормонов роста растений», - Технико-экономическое обоснование производства гормонов роста растений, - Инвестиционный проект «Создание производства биодеграданта нефти», - Технико-экономическое обоснование производства биодеграданта нефти. Результаты, полученные при проведении КЭ «Биоэкология» изложены в 2-х томах: • Том 1 «Анализ результатов космического эксперимента «Биоэкология» за период 2003 – 2008 г.г.» - Гормон роста. • Том 2 «Анализ результатов космического эксперимента «Биоэкология» за период 2003 – 2008 г.г.» - Биодеградант нефти и нефтепродуктов (содержит общий список литературы и Приложение с разработанными методиками). На основе штаммов вегетативных бактериальных культур создан высокоэффективный препарат биодеградант нефти и нефтепродуктов, который проходит широкомасштабные испытания. Получены положительные результаты. Препарат эффективно очищает почву и водные акватории при загрязнении нефтью до 20% в широком диапазоне значений рН и температур. На основе штаммов микоризных грибов, выделенных из корней растений, создана серия препаратов – стимуляторов роста растений. Препарат представляет собой сбалансированный комплекс, состоящий из фитогормонов, аминокислот, углеводов, жирных кислот. Вес эти вещества являются продуктами метаболизма микоризных грибов, выделяющихся в процессе культивирования. После обработки результатов эксперимента отмечено, что продолжительность экспонирования не является решающим фактором воздействия ФКП на микроорганизмы. Поэтому, как логическое продолжение эксперимента «Биоэкология» ставится эксперимент «Биотрек» с фиксацией соответствующими датчиками величины общей радиации и величин и видов тяжелых заряженных частиц. Это позволит построить корреляционную матрицу зависимости свойств биообъектов от космической радиации и в дальнейшем планировать эксперименты по времени. | ||||||||||||||||||||||||||||
Сроки проведения: | Эксперимент «Биоэкология» проводился на РС МКС в период экспедиций МКС-7 и МКС-16 с 26.04.03 г. по 10.04.08 г. | ||||||||||||||||||||||||||||
Состояние эксперимента: | Завершен | ||||||||||||||||||||||||||||
Организация постановщик: | ОАО «Биохиммаш» | ||||||||||||||||||||||||||||
Организации участники: | ОАО «Биопрепарат»; РКК «Энергия» им. С.П. Королева; РГНИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина; НИИ ядерной физики МГУ; НТО «ИТИН» Нижневартовского экологического Комитета охраны природных ресурсов. | ||||||||||||||||||||||||||||
Научный руководитель: | Крашенинникова Т.К., ОАО «Биохиммаш», с.н.с., к.б.н. | ||||||||||||||||||||||||||||
Публикации по эксперименту: |
По результатам исследований опубликовано 14 статей. | ||||||||||||||||||||||||||||
Последнее обновление: | 29.05.2019 | ||||||||||||||||||||||||||||
Задачи эксперимента: |
• Исследование влияния факторов полета на физиологические и биохимические свойства культур микроорганизмов. • Достижение максимально возможной продуктивности штаммов-продуцентов и целевых продуктов биосинтеза – биологически активных веществ. | ||||||||||||||||||||||||||||
Страна: | Россия |