ИСТИНА

В ходе проекта планируется изучение таксономической принадлежности и физиологических свойств микробных сообществ трех типов Земных экосистем - вечной мерзлоты, умеренного климата и аридных пустынь после двухлетнего экспонирования образцов почв и осадочных пород в условиях совокупного стрессового воздействия условий низкой околоземной орбиты на внешней обшивке Международной Космической Станции. По результатам исследования будет выявлена устойчивость различных таксонов микроорганизмов к совокупному стрессовому воздействию в естественной среде их обитания, а также будет проведено лабораторное исследование диапазонов устойчивости к различным физико- химическим факторам окружающей среды, в том числе присутствию клинических антибиотиков разных классов, что позволит выявить возможные изменения в стресс-толерантности и антибиотикоустойчивости микроорганизмов после воздействия условий низкой околоземной орбиты. В ходе исследования возможно обнаружение ранее не описанных продуцентов антибиотически активных веществ.

Soils and sedimentary rocks are the main pool of microorganisms on our planet. Global processes such as climate change, soil degradation, ecosystem pollution, including by antimicrobial agents, disruption of natural element cycles - all this leads to stress changes in soil microbiomes and their properties. Due to the extremely high heterogeneity of soils, high diversity of microorganisms and various combinations of stress load, the issues of microorganism stability and maintenance of metabolic activity under conditions remain poorly understood. Particularly promising in terms of studying the stress tolerance of microorganisms is the study of the combined stress effects of extraterrestrial space, since, on the one hand, it allows us to shed light on possible ways of life on our planet and assess the possible habitability of extraterrestrial bodies, and on the other hand, it allows us to assess the possibility of the spread of terrestrial organisms beyond the Earth. Microbial communities play an extremely important role in ensuring the integrity and functioning of the biosphere: in ecosystems, they play a key role in the formation and transformation of organic compounds, determine soil fertility; in higher organisms, they play a fundamental role in providing nutrition. Changes in microbiomes under the influence of external factors can have both positive and negative effects, and to predict these changes and manage them, which is of great interest, including for the purposes of remediation and restoration of ecosystems, it is necessary to understand the sensitivity of various groups of microorganisms to various effects and their potential ranges of resistance to various external factors. It is planned to study for the first time in the world the taxonomy and ranges of resistance to various physicochemical factors (ambient temperature, pH, water-soluble salts, oxidizers, clinical antibiotics) of cultured microorganisms confined to permafrost and desert sedimentary rocks, as well as soils of a temperate climate, subjected to two-year exposure to the combined stress effects of low Earth orbit on the outer skin of the ISS. Such a study design will allow us to assess the influence of environmental factors of microbiome formation in situ on the taxonomic composition and resistance to cumulative stress. For the first time, the influence of outer space conditions on soil microbial communities of contrasting soil types under long-term exposure will be studied, changes in cultivated soil microbiomes in exposed samples compared to control ones will be studied, taxonomic and physiological characteristics of all unique representatives of cultivated microbial complexes will be assessed using modern and original research methods. Resistance to clinical antibiotics of various classes and the possible influence of stress load on the resistance of microorganisms will also be assessed. Based on the research results, it is possible to detect microorganisms that carry biotechnologically significant properties and enzymatic systems. It is assumed that the research will make a significant contribution to understanding the fundamental and applied problems of soil microbiology and stress tolerance of bacteria in extraterrestrial conditions. The planned experiments will allow us to draw conclusions about the prevalence of extremotolerant microorganisms in soils and sedimentary rocks of various types of ecosystems, the influence of cumulative stress on the extremotolerant properties of microorganisms and their stability and functional activity both in terrestrial ecosystems and in extraterrestrial space.

Результатами выполнения проекта будут: 1. С применением современных методов будут идентифицированы представители культивируемых микробиомов, выделенных с применением различных культуральных техник из вечномерзлой осадочной породы Арктики, серой лесной почвы умеренного климата и аридной пустынной почвы, подвергшихся экспонированию в течение двух лет на внешней обшивке Международной космической станции; 2. Для идентифицированных микроорганизмов с применением авторских методик будет оценена способность к росту в диапазонах значений температур и рН среды, присутствия солей и окислителей, а также клинических антибиотиков различных классов, что позволит оценить их экстремотолератность; 3. Впервые в мире будет исследовано влияние условий низкой околоземной орбиты на почвенные микробиомы контрастных экосистем в естественном состоянии сообществ с применением спектра методов микробиологических анализов; 4. Будет оценено влияние условий низкой околоземной орбиты на таксономическое разнообразие и функциональную активность микробиомов контрастных типов почв. Планируемые исследования внесут существенный вклад в понимание механизмов устойчивости микробных сообществ при совокупном стрессовом воздействии, возможных изменениях почвенных микробиомов и физиологических свойств отдельных его представителей во внеземном пространстве. Полученные данные могут способствовать в разработке новых биотехнологий, позволяющих управлять микробными сообществами в почве, уточнению мер планетарного карантина и астробиологического поиска жизни во внеземном пространстве при проведении различных космических миссий, так же в более глубоком понимании физиологической связи между различными типами стрессовых воздействий на цитологическом уровне, в том числе в свойствах продукции и устойчивости к антибиотикам. Предполагаемые результаты будут соответствовать мировому уровню исследований. Впервые в мире будет проведена оценка влияния условий открытого космоса на почвенные микробиомы контрастных типов при многолетнем экспонировании.

Представленный коллектив состоит из молодых (до 33 лет) специалистов в области микробиологии, астробиологии, микробной экологии. Члены коллектива имеют опыт работы с почвенными микробными сообществами экстремальных местообитаний, приуроченными к различным типам почв и осадочных пород: отработаны методы селективного выделения микроорганизмов, принадлежащих к разным эко-физиологическим группам, идентификации культивируемых микроорганизмов методами секвенирования фрагментов генов 16/18S рРНК, разработана методика определения диапазонов сохранения метаболической активности микроорганизмов in vitro в градиенте воздействий различных физико- химических и биотических факторов. В результате этих работ были описаны культивируемые бактериальные сообщества, выделенные из аридных и семи-аридных почв; были показаны полиэкстремотолерантные свойства значительной доли культивируемых бактерий в широких диапазонах физико-химических факторов. Показана умеренная галотолерантность изолятов в отношении различных водорастворимых солей, обнаружены экстремально галотолерантные штаммы. Показана способность широкого разнообразия бактерий расти на средах, содержащих перхлораты. Продемонстрирована повышенная устойчивость микроорганизмов в составе естественной среды обитания по сравнению с устойчивостью в чистой культуре Руководителем проекта ранее проведены работы по подготовке и отправке почв для экспонирования на внешней обшивке МКС. После двухлетнего экспонирования почвы доставлены в лабораторию и проведено культивирование микроорганизмов: для выделения бактерий применяли среды R2A и 1/10 R2A для выделения копиотрофных и олиготрофных бактерий соответственно. Выделенные штаммы (2870 культур бактерий и микромицетов), были депонированы в астробиологическую коллекцию микроорганизмов кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ где хранятся и поддерживаются.