«Если не можешь победить врага – объединись с ним», сказал Сунь Цзы, китайский полководец в 6 веке до н.э. Многие полагают, что все организмы в природе борются между собой за ресурсы. Однако, на самом деле, естественный отбор включает в себя не только конкуренцию и антагонизм, но и симбиотические взаимоотношения. Современные биотехнологии в сельском хозяйстве нацелены на использование этих связей для решения целого ряда производственных задач – защиты от заболеваний, повышения иммунитета растений, увеличения урожайности.
Именно такую научную задачу ставит рабочая группа по направлению «Микробиология» Научного Совета Института органического сельского хозяйства. В 2017 году ученые создадут первые биопрепараты на основе эндофитных штаммов бактерий. Испытания пройдут на опытном поле Института, расположенном в этнографическом парке «Этномир».
Зеленые технологии – это инновации, в основе которых лежат принципы устойчивого развития и повторного использования ресурсов. Устойчивое развитие в сельском хозяйстве предполагает использование максимально приближенных к природным механизмов самоподдержания агроэкосистемы.
В процессе искусственного отбора и применения интенсивных современных технологий человек добился высокой продуктивности сельскохозяйственных растений. Но это привело к загрязнению окружающей среды, снижению биоразнообразия и, как следствие, утере устойчивости экосистем. Наступило время внести в управление агроэкосистемы новые принципы: восстановление баланса между количеством и качеством продукции, обеспечения роста, сопровождаемого экономных расходом ресурсов и энергии, применение природосберегающих технологий. Как это сделать – подсказывает сама природа.
Каждый организм находится в тесной симбиотической связи со множеством микроорганизмов. Это никого не удивляет, когда мы берем в качестве примера человека. Всем известно, что микрофлора кишечника играет важную роль в поддержании нашего здоровья. Бактерии способны не только участвовать в переваривании пищи, но и продуцировать витамины и другие физиологически важные вещества. Однако в отношении растений экологическая роль такого микробиома долгое время была не ясна. Теперь мы знаем, что внутренние обитатели растений – эндофитные бактерии способны участвовать в поддержании иммунитета растений, синтезе фитогормонов, защите растения от стрессов. Только бактерии способны к азотфиксации, многие симбиотические и ассоциативные грибы облегчают усвоение растениями труднодоступных фосфорных соединений. Всем известна роль микроорганизмов в деструкции остаточных количеств пестицидов и других ксенобиотиков, загрязняющих почву. Эндофиты могут утилизировать органические пестициды внутри растительных тканей и обеспечивать таким образом экологическую безопасность растительной продукции для человека. Биоэкстракцию тяжелых металлов из загрязненных почв растения тоже осуществляют с помощью бактерий, что может быть использовано для фиторемедиации.
Сейчас интерес к эндофитным бактериям возрос многократно. Многие фармацевтические компании в мире вкладывают значительные инвестиции в фундаментальные исследования взаимоотношений эндофитных бактерий, потому что они обладают свойствами синтеза уникальных соединений, находящих применение в медицине, фармакологии, косметологии, биотехнологии. Кстати, именно бактериям мы обязаны широкой палитрой вкуса овощей и фруктов, выращенных в естественных условиях по сравнению с гидропонными культурами. Для многих научных институтов и финансирующих эти исследования венчурных компаний выяснение вопросов о том, как происходит узнавание и регулирование растительно-микробных взаимоотношений, дает ключ к управлению новыми прорывными технологиями. Например, волнующим является вопрос: почему многие виды эндофитных бактерий, являющиеся возбудителями болезней человека, теряют фактор патогенности, находясь в растительных тканях. Или использование бактерий как генетического вектора для заданных свойств растений с улучшенным качеством. Перспективная и достижимая задача на ближайшие годы – создать биопрепараты на основе эндофитных бактерий, обладающих широким комплексом полезных свойств.
Также по направлению «Микробиология» в 2017 году запланированы следующие исследования: Проведение испытаний биопрепаратов на основе бактерий родов: Bacillus, Azotobacter, Pseudomonas в различных типах почв; оценка приживаемости и динамики популяции штаммов препаратов в природных объектах; разработка способов стимулирования аборигенного почвенного консорциума; изучение возможности использования микоризных грибов и хлореллы в биопрепаратах; изучение генетических ключей, кодирующих функции разложения пестицидов в микробной клетке; разработка регламентов глубинного асептического культивирования штаммов – основ биопрепаратов.
к.б.н., доцент, заведующий секцией эндофиты Института органического сельского хозяйства Светлана Гарипова, Директор по науке Института органического сельского хозяйства Лилия Анисимова
