Лазерная инженерия микробных систем и расширение сфер ее применения

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-14-00286

НазваниеЛазерная инженерия микробных систем и расширение сфер ее применения

Руководитель Юсупов Владимир Исаакович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" , г Москва

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-209 - Биотехнология (в том числе бионанотехнология)

Ключевые слова Лазерная инженерия микробных систем, ЛИМС, лазерная печать, новые методы разделения и культивирования микроорганизмов, некультивируемые микроорганизмы, лазерный микросамплинг, редкие и экстремальные местообитания, продуценты антибиотиков, продуценты бактериофагов

Код ГРНТИ62.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время методами метагеномики установлено, что более 99% микроорганизмов из природных местообитаний не культивируются обычными способами. Подражая астрофизикам, биологи стали называть эту часть биологической системы своей “темной материей”. Некультивируемые микроорганизмы могут находиться в пассивном состоянии в виде спор или быть частью симбионтов - экологических сообществ микроорганизмов. Причина “некультивируемости” - разрушение среды обитания при выделении отдельных микроорганизмов или выделение одновременно нескольких антагонистических видов, из которых выживает лишь один. Пробудить “темную” биологическую материю, то есть, выделить отдельные жизнеспособные микроорганизмы, охарактеризовать их и определить условия, в которых они могут развиваться - является чрезвычайно актуальной задачей современной науки. Для ее решения коллектив заявителей проекта предлагает с помощью импульсного лазерного излучения реализовать прямой перенос на питательную среду микроскопических объемов вещества, содержащих лишь отдельные микроорганизмы. Заявителями проекта недавно были опубликованы пионерские работы, показавшие возможность лазерной инженерии микробных систем (ЛИМС) значительно расширить список культивируемых микроорганизмов, используя новую технологию. Ее отличительная особенность состоит в сохранении естественного окружения микроорганизма, что способствует его выживанию, а также в стимулирующем воздействии сопровождающих физических факторов, таких как импульс давления, ускорение, фотооблучение. Такой подход позволяет убрать нежелательные взаимодействия между антагонистичными микроорганизмами благодаря пространственному разделению микролокусов, а в отдельных случаях, может инициировать размножение микроорганизмов, стимулируя их выход из пассивного состояния. Мы уверены, что предлагаемая технология имеет значительный потенциал для практических приложений в различных отраслях экономики страны, а также представляет интерес с точки зрения фундаментальной науки о биотах, в частности, метагеномики. В рамках заявляемого проекта предполагается решить несколько физических, технологических, биофизических и микробиологических задач: определение влияние некоторых физических факторов (импульсное давление, импульсное лазерное облучение) на развитие микробиологических систем и поиск оптимальных параметров лазерного воздействия с точки зрения эффективности выделения (скрининга) чистых микробных культур; исследование возможности реализации метода ЛИМС без поглощающего металлического слоя на донорной пластинке. С помощью созданного экспериментального стенда для ЛИМС планируется выделить и исследовать новые и редкие микроорганизмы из широкого круга экстремальных и экзотических местообитаний (арктический грунт, тропические почвы, илы, гидротермальные источники), а также провести исследования по выделению новых продуцентов антибиотиков, разделению неразделимых обычными способами природных и лабораторных микробных консорциумов, выполнить анализ симбиотических зоомикробных ассоциаций на примере почвенных беспозвоночных. Все запланированные результаты будут соответствовать мировому уровню развития современной науки, а в ряде случаев превышать его.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Жигарьков В.С., Минаев Н.В., Юсупов В.И. Destruction of absorbing metal films during laser printingwith gel microdroplets Quantum Electronics, Vol. 50, № 12, p. 1134-1139 (год публикации - 2020)
10.1070/QEL17426

2. Минаев Н.В., Епифанов Е.О., Юсупов В.И. Установка для лазерной инженерии микробных систем Приборы и техника эксперимента (год публикации - 2021)

3. Жигарьков В.С., Юсупов В.С. Лазероиндуцированная сверхкритическая вода Сверхкритические Флюиды: Теория и практика (год публикации - 2021)

4. Жигарьков В.С., Юсупов В.И. IMPULSE PRESSURE IN LASER PRINTING WITH GEL MICRODROPLETS Optics and Laser Technology (год публикации - 2021)

Публикации

1. В.С. Жигарьков, Н.В. Минаев, В.И. Юсупов Разрушение плёнки золота при лазерной биопечати Письма в ЖТФ, 17 марта 2021 г. (год публикации - 2021)
10.21883/PJTF.2021.12.51059.18575

2. Мареев Е.И., Минаев Н.В., Жигарьков В.С., Юсупов В.И. Evolution of Shock-Induced Pressure in Laser Bioprinting Photonics, 07.09.2021 (год публикации - 2021)
10.3390/PHOTONICS8090374

3. Жигарьков В., Волчков И., Юсупов В., Чичков Б. Metal Nanoparticles in Laser Bioprinting Nanomaterials, 2021. - Vol. 11 - № 10. - P. 2584. (год публикации - 2021)
10.3390/nano11102584

Публикации

1. Гросфельд Э.В., Жигарьков В.С., Александров А.И., Минаев Н.В., Юсупов В.И. Theoretical and Experimental Assay of Shock Experienced by Yeast Cells during Laser Bioprinting International Journal of Molecular Sciences, 23(17), 9823 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23179823

2. Юсупов В.И. Периодическая генерация затопленных струй при лазерном нагреве торца волокна Письма в ЖТФ, Т. 48. В. 19. С. 12-15. (год публикации - 2022)
10.21883/PJTF.2022.19.53588.19301

3. Жигарьков В.С., Волчков И.С., Юсупов В.И. On the shape of metal nanoparticles in laser printing with gel microdroplets IEEE Photonics Technology Letters, V. 34. N. 4. P. 227-230 (год публикации - 2022)
10.1109/LPT.2022.3148527

4. Чепцов В., Минаев Н., Жигарьков В., Цыпина С., Красильников М., Гуляшко А., Лирионов И., Тыртышный В., Гончуков С., Юсупов В. Laser bioprinting without donor plate Laser Physics Letters, V.19. N8. P.085602 (год публикации - 2022)
10.1088/1612-202X/ac7b32

5. Чепцов В., Жигарьков В., Максимова И., Минаев Н.. Юсупов В. Laser-assisted bioprinting of microorganisms with hydrogel microdroplets: peculiarities of Ascomycota and Basidiomycota yeast transfer World Journal of Microbiology and Biotechnology, (2023) 39:29 (год публикации - 2022)
10.1007/s11274-022-03478-z