Стратегические ресурсы биоразнообразия для промышленной биотехнологии.

1. Московский
физико-
технический
институт
Конференция
«Геоинформационные
технологии и
космический
мониторинг в
биологии»
Mercury Eye
В поисках экстремофильных
форм жизни
www.mercury-eye.ru
2012

2. Проблематика геоинформационных средств для
промышленной биотехнологии Mercury Eye
В 1980-1990 годах было обнаружено, что многие микроорганизмы обладают удивительными
способностями к адаптации для выживания в различных экстремальных условиях – в чрезвычайно горячей
или кислой среде, которая была бы совершенно непригодной для более высокоорганизованных видов.
Экстремофилы — совокупное название для живых существ (в том числе бактерий и микроорганизмов),
способных жить и размножаться в экстремальных условиях окружающей среды.
Исследования экстремофильных микроорганизмов в США проводятся под эгидой Министерства
энергетики (US Department of Energy - DOE). С 1984 года Минэнерго последовательно поддерживало и
финансировало научные исследования в области генетики и в качестве кульминации – проект «Геном
человека», продлившийся с 1990 по 2005 год, стоимостью более 3 млрд. долл., собравший огромную
международную кооперацию.
В 1994 году Министерство энергетики США создало проект MGP (Microbial Genome Project) для
исследования геномов бактерий, полезных в области производства энергии, восстановления окружающей
среды и уничтожения токсичных отходов. В настоящее время генетический банк данных DOE Joint Genome
Institute содержит данные по 6880 организмам. Сейчас данные о генетике и метаболизме
микроорганизмов открывают совершенно новые возможности в энергетике.
Получение преимущества в промышленной биотехнологии сейчас во многом обусловлено доступностью
уникальных микроорганизмов, обладающих свойствами, необходимыми для решения прикладных.
Наличие этих свойств определяется соответствующим набором генов, отвечающих за те или иные
особенности. Несмотря на очевидный прогресс биологических наук, к настоящему времени 95%
микроорганизмов еще только предстоит открыть, и потенциальные сферы их промышленного
применения могут находиться далеко за пределами самого смелого воображения.
В таких условиях - стратегическую важность для целых отраслей промышленности страны приобретают
геоинформационные технологии для целей поиска, обозначения и классификации мест обитания
организмов-экстремофилов, планирования научных экспедиций, организации забора необходимых
биообразцов, создания условий для их хранения.

3. Экстремофилы в промышленной биотехнологии Mercury Eye
В горячих источниках национального парка
Йеллоустоун в США в 1980х годах были
найдены организмы-термофилы, содержащие
ферменты, способные функционировать при
высоких температурах.
В молекулярной биологии и в производстве
моющих средств используются некоторые из
этих ферментов (например, теплостойкая ДНК-
полимераза в полимеразной цепной реакции).
Эти однажды найденные ферменты открыли
доступ к генетическим исследованиям в
университетских лабораториях, значительно
упростив и ускорив процессы в научных
исследованиях.
Один из самых устойчивых к
неблагоприятным внешним условиям
организмов - тихоходки. Они способны
переходить в состояние, подобное
анабиозу, в котором они могут
переносить температуру от -253 ° C до
151 °C, а также воздействие
рентгеновских лучей и условия
вакуума. В том же состоянии «спячки»
они способны пережить давление 600
МПа (что почти в 6000 раз атмосферное
давление на уровне моря), а по
устойчивости к сверхвысокому
радиационному фону им нет равных
среди известных организмов.

4. Промышленный цикл создания новых форм
функциональных микроорганизмов Mercury Eye
1. Поиск и хранение
организмов. Коллекции 2. Секвенирование ДНК.
экстремофилов Изучение протеома,
метаболома и
1 2 транскриптома.
3
5. Подготовка 3. Изучение фенотипа
документации на и процессов
проектирование метаболизма.
синтетического
организма
4
5
4. Выделение BioBricks по
основным свойствам
организма.

5. Российские коллекции микроорганизмов Mercury Eye
Важнейшие российские биологические
коллекции:
1. Вавиловская коллекция культурных растений
мира (ВНИИР РАСХН, Санкт-Петербург, Краснодар)
2. Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина РАН
(Москва), Ботанический сад МГУ им. М.В.
Ломоносова (Москва), Ботанический сад
Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН
(Санкт-Петербург), Сибирский ботанический сад
(ТГУ, Томск)
3. Всероссийская коллекция микроорганизмов
(ИБФМ РАН, Пущино), Всероссийская коллекция
промышленных микроорганизмов (ГНЦгенетика,
Москва) и др.
4. Коллекция Байкальской фауны и флоры
(Лимнологический институт РАН, Иркутск)
5. Кроноцкий государственный природный
Микробные коллекции России биосферный заповедник (Камчатка)
6. Национальные природные заповедники России
европейских, сибирских и дальневосточных
регионов РФ
7. Базовые морские биостанции и аквакультурные
центры (Мурманск, Владивосток, Калининград,
* - Стоит отметить, что распад СССР оставил за Астрахань и др.)
пределами страны многие важные ресурсы для 8. Специальные коллекции биообъектов
развития перспективных направления – например, Министерства обороны (Саратов, Киров,
коллекцию бактериофагов (Тбилиси), необходимых Новосибирск и др.)*
для разработки альтернативы антибиотикам.

6. Планирование поисковых экспедиций Mercury Eye
В настоящее время актуальной задачей является
организация геоинформационных работ с целью поиска,
обозначения и классификации мест обитания организмов-
экстремофилов, планирование научных экспедиций,
организация забора необходимых биообразцов, создание
условий для их хранения, а в дальнейшем - секвенирование
их генома, поиск функциональных участков ДНК и изучение
вклада отдельных генов в процесс адаптации к
экстремальным условиям.
НИС «Мстислав Келдыш»
Прямо сейчас необходимо обсудить вопросы формирования
Институт океанологии РАН
российской коллекции культур экстремофилов, а также
создание условий для их культивирования и исследования
для задач синтетической биологии.
Последующее секвенирование генетического материала
экстремофилов, обнаружение генов, отвечающих за их
исключительные свойства, изучение биохимии,
транскриптомики и физиологии этих видов позволит
создавать новые синтетические организмы с необходимым
уникальным набором признаков.
Экспедиция в геотермальные районы
(США)

7. Программа конференции Mercury Eye
1. Геоинформационные средства в биологии
2. Биологические научные экспедиции
3. Современные биологические коллекции России
4. Формирование коллекций организмов-экстремофилов: опыт
российских и международных организаций
5. Техника, технологии и научное приборостроение для
биодетекции и автоматического забора образцов
6. Опыт организации научных биологических проектов в
Министерстве энергетики США
7. Изучение образцов современным инструментарием
биологии: геном, транскриптом, метаболом.
Инструментарий синтетической биологии.

8. Контакты Mercury Eye
www.mercury-eye.ru
Клабуков Илья Дмитриевич,
с.н.с. МФТИ
(926) 970-3148
defensenetwork@gmail.com