Биоэкономика: Выведение микробов из темноты на свет
Микроорганизмы — древнейшие, самые многочисленные и разнообразные формы жизни на Земле, обладающие огромным потенциалом для биотехнологий. Однако до сих пор удалось изолировать и культивировать лишь их малую часть. Исследовательский проект "MicroMATRIX", финансируемый Федеральным министерством образования и научных исследований Германии на сумму 1,5 млн евро и координируемый Карлсруэским технологическим институтом (KIT), нацелен на изучение "микробной темноты". Его цель — создать конвейер для культивирования из образцов окружающей среды микроорганизмов, представляющих биотехнологический интерес, но ранее не поддававшихся выращиванию.
"Микроорганизмы — это катализаторы биоориентированной индустрии, играющие центральную роль во многих биотехнологических процессах. Развитие нашего общества в направлении устойчивой биоэкономики делает необходимым дополнение и замену устоявшихся процедур биотехнологическими процессами", — говорит координатор проекта доктор Керстен Рабе из Института биологических интерфейсов 1 KIT.
Много белых пятен на карте микробного мира
Несмотря на огромную важность, микроорганизмы остаются крайне малоизученными и неиспользуемыми. По оценкам, 99% всех микробных видов до сих пор не удалось ни изолировать, ни культивировать, поскольку они являются частью многовидовых консорциумов и часто существуют в природе в виде биоплёнок.
В биоплёнках многие микроорганизмы живут сообществами и образуют слизистые слои. Они производят окружающую "матрицу", которая, помимо обмена питательными веществами и сигнальными молекулами, играет важную роль в структуре этих "сообществ". Цель проекта — технически имитировать эти факторы, чтобы размножить в лаборатории, охарактеризовать и в перспективе сделать технологически пригодными перспективные, но ранее некультивируемые микроорганизмы.
Проект объединяет экспертов из науки и промышленности в области биоинформатики, микро- и молекулярной биологии, инженерных наук и химии. В течение трёх лет они будут совместно разрабатывать необходимые технологии и процедуры.
Ключевые этапы подхода:
- Анализ генетической информации смеси микроорганизмов из окружающей среды для выявления отдельных биотехнологически интересных видов и прогнозирования оптимальных условий для их роста.
- Целевая сортировка организмов с помощью методов геномного анализа, таких как single-cell genomics, и их флуоресцентная маркировка для выделения из "сообщества".
- Помещение помеченных организмов в специальную инкубационную камеру для роста в идеальных условиях.