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 21-14-00333

НазваниеВлияние автохтонных микробных сообществ месторождений минеральных вод на формирование бальнеологических ресурсов региона Кавказские Минеральные Воды

Руководитель Гаврилов Сергей Николаевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-110 - Общая и молекулярная микробиология; вирусология

Ключевые слова Подземные месторождения минеральных вод, подземная биосфера, микробные сообщества, биогеохимические циклы элементов, анаэробные микроорганизмы, некультивируемые микроорганизмы, генезис минеральных вод

Код ГРНТИ34.27.00, 62.99.29, 38.61.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Месторождения природных минеральных вод используются в лечебных целях с древнейших времён. На территории региона Кавказских Минеральных Вод (КМВ) известно и эксплуатируется несколько крупных подземных месторождений минеральных вод. Несмотря на почти 200-летнюю историю изучения бальнеологических ресурсов этого региона, целый ряд основополагающих вопросов, касающихся гидрогеохимии, динамики и происхождения наиболее ценных в лечебном отношении вод, остаётся неясным. Соответственно, слабо изучены и процессы естественного восполнения этих ценных минеральных ресурсов. Проблема обусловлена весьма сложным геолого-тектоническим строением территории, её гидрогеодинамическими и гидрогеохимическими условиями. В последнее время появились данные, свидетельствующие о существенной роли микроорганизмов, обитающих в подводных водоносных горизонтах, в формировании химического состава минеральных вод региона КМВ. В частности, было обнаружено достаточно высокое содержание лёгкого изотопа углерода в СО2, т.е., биогенного СО2, в водах Ессентукского месторождения. При этом, именно газовая составляющая считается одним из основных факторов, определяющих бальнеологическую ценность этих вод. В 2019-2020 годах коллективом заявителей по настоящему проекту было получено ещё одно подтверждение предположения о значительном влиянии микробных процессов на формирование вод Ессентукского месторождения. Нами был проведён молекулярно-экологический анализ минеральных вод нескольких глубинных скважин этого месторождения по заданию организации, софинансирующей проект РНФ № 17-74-30025. Анализ показал наличие в пластовых минеральных водах таксономически разнообразных сообществ прокариот, среди которых доминируют представители некультивируемых групп бактерий и архей. Особый интерес вызывают некультивируемые археи групп ANME-1 и Hadarchaeales. Микроорганизмы, относящиеся к филогенетическому кластеру ANME-1 (англ. ANaerobic MEthanotrophs – анаэробные метанотрофы), являются первыми археями, для которых был получен целый ряд доказательств, указывающих на их способность к окислению метана до углекислого газа в анаэробных условиях. В свою очередь, археи, выделенные ранее на основе анализа геномных данных в филум Hadarchaeales, предположительно обладают новыми путями метаболизма одноуглеродных соединений. Кроме того, нами в ходе предварительных исследований было выявлено несколько групп экстремофильных гетеротрофных бактерий, которые могут вносить значительный вклад в функционирование подземных микробных сообществ и таким образом, также оказывать существенное влияние на формирование состава минеральных вод. Так как большинство этих организмов является некультивируемым, невозможно оценить их экологическую функцию и геохимическую активность без проведения широких микробиологических и молекулярно-биологических исследований. Следует отметить, что естественная микрофлора природных минеральных вод и ранее привлекала внимание исследователей, но рассматривались, в основном, либо сульфатредукторы, либо потенциально патогенные для человека олиготрофные микроорганизмы, осуществляющие в естественных условиях деградацию рассеянного органического вещества. Целью нашего проекта является описание метаболического разнообразия автохтонных микробных сообществ минеральных вод нескольких месторождений региона КМВ, определение спектра геохимической активности отдельных членов этих сообществ и прогноз вклада этой активности в формирование состава и естественных запасов бальнеологических ресурсов этого региона. В ходе выполнения проекта будут решаться следующие задачи: 1. Оценка филогенетического разнообразия микробных сообществ в различных горизонтах геологического разреза региона КМВ посредством отбора и анализа проб из эксплуатационных скважин месторождений подземных минеральных вод. 2. Характеристика метаболического разнообразия исследуемых сообществ микробиологическими методами культивирования на селективных средах и молекулярными методами, включающими как метагеномное секвенирование сообществ, так и реконструкцию отдельных геномов микроорганизмов, доминирующих в этих сообществах (в чаcтности, архей группы ANME-1). 3. Получение накопительных и чистых культур микроорганизмов, осуществляющих ключевые биогеохимические процессы в формировании минеральных вод. В первую очередь, будут рассмотрены процессы циклов углерода и серы, а также процессы микробной трансформации минералов железа и других переменновалентных элементов, использование которых в качестве доноров или акцепторов электронов обеспечивает энергией разнообразные процессы метаболизма у прокариот. 4. Определение кинетических параметров биогеохимически значимых процессов, осуществляемых полученными изолятами (в частности, скорости потребления метана, образования и фиксации СО2, восстановления железа или сульфатов). Прогнозирование на основе этих данных роли микроорганизмов в формировании и поддержании состава минеральных вод. В ходе проекта будут получены не только уникальные сведения о новых, ранее не изученных микробных сообществах подземных минеральных вод, но и будет впервые дана оценка биогеохимической активности этих сообществ и их влияния на формирование бальнеологических ресурсов. Полученные данные, помимо фундаментально научного интереса в исследовании новых групп микроорганизмов и путей их метаболизма, будут иметь практическую значимость для оценки запасов и разработки оптимальных режимов эксплуатации месторождений минеральных вод региона КМВ. К работе по проекту будут привлечены не только микробиологи и молекулярные биологи, но и гидрогеологи и геохимики, занимающиеся переоценкой запасов месторождений Кавказских Минеральных Вод, а также геологи Пятигорского НИИ курортологии, разрабатывающие оптимальные режимы эксплуатации этих месторождений. Междисциплинарный подход, обеспеченный совместной работой высококвалифицированных специалистов-микробиологов, гидрогеологов и геохимиков существенно увеличивает вероятность успешного выполнения предполагаемого проекта и получения важных научных результатов.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---