|
Цель проекта – совместные российско-американские
исследования новых изолятов энтомопатогенных грибов в качестве
природного источника биологически активных веществ (БАВ), пополнение ими
коллекций микроорганизмов в обеих странах, выявление и получение чистых
веществ, оценка их пестицидных и физико-химических свойств, отбор
наиболее активных культур грибов и продуктов грибного синтеза для
разработки нового класса биопестицидов.
Сельскохозяйственное
производство обеих стран нуждается в разработке биологических
(микробиологических) средств защиты растений от вредителей, болезней и
сорняков с целью замены потока химических пестицидов, которые
несовместимы с окружающей средой в силу отрицательного воздействия на
человека, теплокровных животных и полезных компонентов экосистем. Новые
исходные продукты микробного синтеза являются тем материалом, на основе
которого возможно создание адекватных экологических средств защиты
растений и субстанций, перспективных для использования в фармацевтике.
Мир микробов предполагает богатый, но тем не менее неразработанный
источник биологически активных веществ. Среди различных микроорганизмов,
группа энтомопатогенных грибов (грибов, паразитирующих на насекомых и
других беспозвоночных) изучена слабо. Известно несколько десятков видов
энтомопатогенных грибов, нашедших в той или иной мере, практическое
применение в качестве агентов биологического контроля численности
вредных насекомых и других членистоногих. Еще в меньшей степени изучены
биологически активные вещества, продуцируемые различными видами
энтомопатогенных грибов. Вместе с тем установлено, что грибы,
продуцируют БАВ различной химической природы и спектра действия
(токсины, ферменты, антибиотики, и другие метаболиты). Например,
представитель клавиципитальных грибов Claviceps purpurea, являясь
патогеном зерновых культур, продуцирует около 40 алкалоидов, обладающих
нейрогормональной активностью и широко используемых в медицине для
лечения мигреней, карциноидного синдрома, некоторых видов ревматизма,
гипертонии и других заболеваний. Другой представитель клавиципитальных
грибов Cordyceps militaris, кроме способности паразитировать на
различных фитофагах, синтезирует антибиотик кордицепин, обладающий
противоопухолевым действием и антивирусной активностью. Можно
предположить, что по мере расширения поиска и изучения энтомопатогенных
грибов будут выявлены новые классы БАВ селективного и многоцелевого
использования.
Две научно-исследовательские группы предполагают объединить свои
усилия в совместном проекте по исследованию и оценке энтомопатогенных
грибов, перспективных для использования в сельском хозяйстве и в
фармакологии. С российской стороны группу возглавляют Лиховидов В.Е. и
Исангалин Ф.Ш. - Государственный научный центр прикладной микробиологии
Минздрава Российской Федерации, Оболенск, Московская область, Россия. С
американской стороны - Ричард А. Хамбер и Донна М. Джибсон - коллекция
культур энтомопатогенных грибов (ARSEF), Итака, Нью-Йорк, Департамента
научного обслуживания Министерства сельского хозяйства США.
Группа сотрудников ГНЦПМ имеет большой опыт работы по выделению и
культивированию природных штаммов грибов, бактерий и актиномицетов. К
настоящему времени создана коллекция микроорганизмов
сельскохозяйственного назначения, насчитывающая свыше 1000 рабочих
штаммов бактерий, грибов и актиномицетов. Среди них свыше 800 штаммов 40
видов бактерий, 150 штаммов 50 видов энтомопатогенных и микофильных
грибов, около 50 штаммов актиномицетов. Коллекция вирусов состоит из 40
бактериофагов. В коллекции имеется около 500 не идентифицированных
изолятов различных микроорганизмов
Сотрудники ГНЦПМ имеют опыт
работы по выделению БАВ микробного происхождения и созданию на их основе
препаратов для защиты растений. Из штамма актиномицета Streptomyces
avermitilis, выделен и охарактеризован антибиотик «авермектин В1»,
обладающий инсектицидной, акарицидной и нематицидной активностью. На его
основе создан препарат с коммерческим названием "Авертроп",
предназначенный для борьбы с комплексом сосущих вредителей. Из штамма
актиномицета Streptomyces hygroscopicus выделен и изучен антибиотик
"Валидомицин", обладающий фунгицидными и бактерицидными свойствами.
Коллекция культур энтомопатогенных грибов (ARSEF), расположенная в
г. Итака, штат Нью-Йорк, США, является крупнейшей в мире коллекцией и
хранилищем гермплазмы грибных патогенов насекомых и других
беспозвоночных, наносящих вред сельскому хозяйству. ARSEF является
основным ресурсом в микробном поиске новых классов соединений,
проводимом в системе Министерства сельского хозяйства США. При этом
используются новые молекулярные подходы к скринингу потенциальных
продуцентов двух классов БАВ: поликетидов и пептидов, синтезируемых без
участия рибосом клетки. Разработка праймеров скрининговых программ в
Итаке направлена также на решение вопросов эволюционного значения; какие
формы микроорганизмов (прокариоты или эукариоты) обладают большим
потенциалом в синтезе новых классов БАВ. Ответ на эти вопросы мог бы
сформулировать новые взгляды на общие эволюционные процессы.
Для
формирования задач совместного проекта использованы следующие посылки.
Разработка новой гермплазмы будет ограничена грибными патогенами,
находящимися в ассоциативных (паразитических) связях с беспозвоночными
животными. Исследованиями будут охвачены как широко распространенные
энтомопатогенные грибы, выполняющие известную роль в регуляции
численности вредных для сельского хозяйства объектов, так и редко
встречающиеся виды грибов, роль которых еще не определена. Совместные
усилия будут направлены на поиск энтомопатогенных грибов, в первую
очередь, следующих таксонов: семейство Clavicipitaceae (порядок
Hypocreales), виды родов Cordy ceps, Torrubiella и Hypocrella y и их
гифальные и конидиальные формы; порядок Entomophthorales (класс
Zygomycetes); классы Oomycetes и Chytridiomycetes.
Для осуществления
поиска энтомопатогенных грибов будут организованы специальные экспедиции
в России и США с охватом различных природно-географических зон, в
которых будут заложены экологические профили (трансекты) с характерными
типами экосистем. Деятельность по сбору биоматериала будет увязана с
одной из существующих национальных программ по анализу и сохранению
биоразнообразия экосистем.
Собранные и выделенные в результате
поиска культуры энтомопатогенных грибов будут храниться в качестве
рабочей коллекции в музеях ГНЦПМ и ARSEF. После изучения биологических
свойств и отбора культур энтомопатогенных грибов будут проведены работы
по получению мицелиальных экстрактов для последующего тестирования на
различных тест-объектах. Для этой цели будет осуществлен обмен живыми
культурами и экстрактами энтомопатогенных грибов между участниками
проекта. Экстракты грибных культур будут тестированы параллельно в обоих
учреждениях.
В качестве тест-объектов, на которых будет оценена
активность экстрактов культур энтомопатогенных грибов будут служить
следующие целевые организмы. В США, по существующей скрининговой
программе USDA-ARS Plant Protection Research Unit, активность грибных
экстрактов будет оценена в отношении бактерий (Bacillus cereus и
Staphylococcus aureus), грибов (биполярный вид, патогенный для овса), а
также два энтомопатогена (Paecilomyces fumosoroseus и Metarhizium
anisopliae), нематод (Teratorhabditis sp.,Pratylenchus penetrans) и
сорняков (латук, Lactuca sativa). В России (ГНЦПМ) экстракты грибных
культур будут оценены на инсектицидную, акарицидную, нематицидную,
фунгицидную и бактерицидную активность. В качестве тест-объектов
предусмотрены некоторые виды семейств членистоногих Aphididae,
Tetranychidae, нематод Meloidogyne, комаров Culicidae, огневок Pyralidae
а также ряд фитопатогенов грибной и бактериальной природы (роды Pythium,
Rhizoctonia, Ervinia, Pseudomonas и др.). Оба участника проекта включают
в программу тестирования изоляты Candida albicans в качестве
универсального объекта в фармакологическом скрининге антигрибных
субстанций.
Для достижения целей совместного проекта предполагается
решение следующих задач:
1. Провести поиск, выделение, пополнение
рабочей коллекции энтомопатогенных грибов из различных таксонов:
Clavicipitaceae и их анаморф, Entomophtharales, Oomycetes,
Chytridiomycetes.
2. Изучить биологические свойства выделенных
изолятов энтомопатогенных грибов, оценить их по признакам продуктивности
и активности и отобрать наиболее активные культуры.
3. Отработать
методы получения экстрактов культур энтомопатогенных грибов (КЭПГ),
используя для этого описанные штаммы из существующих коллекций.
4.
Подобрать и оптимизировать условия культивирования активных изолятов
энтомопатогенных грибов, наработать мицелиальную массу и получить из нее
экстракты КЭПГ, провести их тестирование на различных видах
членистоногих, нематодах, грибных и бактериальных патогенах.
5.
Провести разделение грубых экстрактов КЭПГ, выявить наиболее активные
фракции и оценить спектр их действия.
6. Провести очистку активных экстрактов КЭПГ, изучить их
физико-химические свойства и исследовать (предварительно) структуру и
специфику действия очищенных веществ.
7. Проанализировать полученные
результаты исследований и дать научное обоснование перспективе
использования выделенных активных культур и БАВ энтомопатогенных грибов.
В первый год совместных исследований будут осуществлены обширные и
интенсивные работы по поиску энтомопатогенных грибов, выделены и
охарактеризованы новые изоляты и обеспечено их хранение в коллекциях
обеих стран. Будут отработаны методы получения экстрактов из мицелия
грибов Cordyceps militaris и Entomophthora spp. Будут подготовлены
стандартные наборы экстрактов и произведен обмен культурами грибов между
участниками совместного проекта.
Во второй год будет продолжен
поиск, оптимизированы условия культивирования активных изолятов
энтомопатогенных грибов и способы получения экстрактов, проведена
наработка и начат скрининг и тестирование грибных экстрактов.
На
третий год предусмотрено разделение грибных экстрактов на фракции,
очистка и оценка фракций, изучение физико-химических свойств их
компонентов. Заканчивается экспериментальная часть работ исследованием
химической и пространственной структуры молекул очищенных веществ и
специфики их воздействия на вредные целевые организмы. В итоге будет
дано научное обоснование перспективе использования выделенных культур и
БАВ энтомопатогенных грибов.
Индивидуальными участниками проекта
являются специалисты микробиологи, биотехнологи, энтомологи,
фитопатологи, физхимики. Они имеют значительный опыт работы в области
инфекционной патологии беспозвоночных а также в деле создания
биопестицидов, в том числе и на основе микробных метаболитов.
Поскольку все ответственные исполнители ГНЦПМ, участвующие в проекте,
были связаны с разработкой средств противобиологической защиты,
настоящий проект в полной мере отвечает конверсионным целям и задачам
МНТЦ.
По итогам исследований будет:
- Осуществлен широкий, интенсивный
поиск новых природных изолятов энтомопатогенных грибов и сформирована
рабочая коллекция из представителей четырех классов (Ascomycetes,
Zygomycetes, Chytridiomycetes, Oomycetes).
- Изучены свойства культур
энтомопатогенных грибов в качестве продуцентов БАВ и средств
биологического подавления вредных организмов.
- Отработаны методы,
получены экстракты культур энтомопатогенных грибов (КЭПГ), выделены
наиболее активные фракции и изучен спектр их действия.
- Проведена
очистка активных фракций КЭПГ, исследованы пестицидные и
физико-химические свойства их компонентов и структура молекул очищенных
веществ.
- Проанализированы экспериментальные данные и подготовлено
научное обоснование перспективы использования выделенных культур и БАВ
энтомопатогенных грибов.
Исследования по проекту будут проводиться параллельно научными
группами в России и США. |
