Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Явления подземного горения угольных пластов распространены в природе и могут длиться веками и даже тысячелетиями. В условиях ограниченного доступа кислорода в присутствии воды горение угля сопровождается выделением большого количества газов, включающих в основном СО2, водород и СО. Эти газы по составу соответствуют синтез-газу, получаемому в процессах газификации угля, паровой конверсии метана, газификации широкого спектра источников углерода, включая бытовые и сельскохозяйственные отходы. В районах, где образующиеся при подземном горении угля горячие газы выходят на поверхность, могут формироваться локальные экстремальные экосистемы, для которых характерны высокие температуры. Содержащиеся в газах высокоэнергетические субстраты, такие как водород и СО, могут использоваться микроорганизмами, что определяет возможность развития в районах выхода газов специфических термофильных микробных сообществ. Такие экосистемы представляют собой природные лаборатории, в которых происходит селекция микробных сообществ, способных эффективно утилизировать СО и водород как в анаэробных, так и в аэробных процессах. Однако, по сравнению с геотермальными экосистемами такие объекты практически не исследованы, мало известно о составе микробных сообществ и генетическом потенциале входящих в них микроорганизмов. Проект направлен на изучение микробных сообществ грунтов в районах выхода на поверхность горячих газов, образующихся при подземном горении угольных пластов. Конкретной задачей проекта является изучение микробных сообществ грунтов в районах подземного горения угля методами метагеномики. Объектами исследования были угольные месторождения Кемеровской области и Забайкалья. В течение первого года работы отобраны образцы грунта в районах подземного горения угольных пластов и выходов горячих газов на угольных карьерах в Кемеровской области и Республики Бурятия. Определены физико-химические характеристики и выделены препараты метагеномной ДНК. Состав микробных сообществ шести образцов горячего грунта охарактеризован с помощью высокопроизводительного секвенирования фрагментов генов 16S рРНК, амплифицированных из метагеномной ДНК с использованием «универсальных» праймеров. В микробных сообществах образцов грунта, отобранных из угольного карьера в Бурятии наиболее многочисленной группой являются термофильные бактерии филума Firmicutes, способные окислять присутствующий в угольных газах водород в процессах аэробного или анаэробного дыхания. Микробные сообщества угольного карьера в Кузбассе более разнообразны. Наряду с Firmicutes, среди вероятных термофилов в них были обнаружены представители филумов Aquificae, Chloroflexi и Deinococcus-Thermus. Для многих из них была показана способность окислять компоненты угольных газов – водород и СО. Проведено секвенирование метагенома микробного сообщества одного из образцов грунта, отобранных в Кузбассе, с использованием технологий Illumina и Oxford Nanopore, в резульатте анализа метагенома определены последовательности геномов 25 микроорганизмов-членов сообществ, определена их таксономическая принадлежность. Получены полные кольцевые геномы четырех бактерий – представителей родов Hydrogenobacter, Thermoflexus, Thermus и кандидатного рода UBA11096 (филум Aquificae).

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Явления подземного горения угольных пластов распространены в природе и могут длиться веками и даже тысячелетиями. В условиях ограниченного доступа кислорода в присутствии воды горение угля сопровождается выделением большого количества газов, включающих в основном СО2, водород и СО. Эти газы по составу соответствуют синтез-газу, получаемому в процессах газификации угля, паровой конверсии метана, газификации широкого спектра источников углерода, включая бытовые и сельскохозяйственные отходы. В районах, где образующиеся при подземном горении угля горячие газы выходят на поверхность, могут формироваться локальные экстремальные экосистемы, для которых характерны высокие температуры. Содержащиеся в газах высокоэнергетические субстраты, такие как водород и СО, могут использоваться микроорганизмами, что определяет возможность развития в районах выхода газов специфических термофильных микробных сообществ. Такие экосистемы представляют собой природные лаборатории, в которых происходит селекция микробных сообществ, способных эффективно утилизировать СО и водород как в анаэробных, так и в аэробных процессах. Однако, по сравнению с геотермальными экосистемами такие объекты практически не исследованы, мало известно о составе микробных сообществ и генетическом потенциале входящих в них микроорганизмов. Проект направлен на изучение микробных сообществ грунтов в районах выхода на поверхность горячих газов, образующихся при подземном горении угольных пластов. Конкретной задачей проекта является изучение микробных сообществ грунтов в районах подземного горения угля методами метагеномики. Объектами исследования были угольные месторождения Кемеровской области и Забайкалья. В течение второго года работы просеквенирован метагеном грунта, отобранного в районе подземного горения угля в заброшенном карьере по добыче угля в районе города Гусиноозерска Республики Бурятия. Исследованный образец представлял собой нагретый до температуры 70С грунт, отобранный из трещины, из которой выходил горячий газ. Для секвенирования использовали комбинацию технологий Illumina и Oxford Nanopore. Из метагенома было собрано 40 геномов, соответствующих основным членам микробного сообщества, определена их таксономическая принадлежность. Доминирующий в сообществе филум Firmicutes представлен 28 геномами. Среди них были бактерии родов Hydrogenibacillus, Carbobacillus, Thermicanus, Brockia и Kyrpidia. Анализ геномов показал, что эти микроорганизмы могут расти в аэробных условиях за счет окисления молекулярного водорода и/или моноксида углерода, содержащихся в угольных газах. Большинство из них могут автотрофно фиксировать углерод в цикле Кальвина. Среди известных сульфатредуцирующих линий Firmicutes идентифицированы представители семейств Desulfovirgulaceae и Moorellaceae, определены их геномы. Определена полная геномная последовательность нового штамма Hydrogenibacillus schlegelii, выделенного из горячего грунта в районе подземного горения угля. Анализ генома H. schlegelii выявил набор генов, кодирующих аэробную дыхательную цепь, цикл Кальвина, мембран-связанную [NiFe] гидрогеназу группы 1d и СО дегидрогеназу. Новый штамм может быть использован для получения биомассы или ценных продуктов метаболизма из синтез-газа.