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 17-76-20014
НазваниеРазработка экологически чистой системы обеззараживания объектов агропромышленного комплекса посредством электрохимически активированных растворов: архитектура, функция и дезинтеграция биопленок
Руководитель Погорелова Мария Александровна, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук , Московская обл
Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии
Ключевые слова стенд для формирования биопленки, самовоспроизводимый полимерный матрикс, 3D микробиологический симбиоз, сканирующая лазерная и электронная микроскопия, масс-спектроскопия вторичных ионов, ПЦР, электрохимически активированная вода, объекты агропромышленного комплекса
Код ГРНТИ65.13.23
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Биопленка представляет собой сообщество разных видов не конкурирующих между собой микроорганизмов, которые образуют многофункциональный симбиоз сложной архитектуры. По всем признакам такую колонию следует рассматривать как биологическую ткань, обладающую особыми свойствами. В их ряду способность к самоорганизации посредством формирования гликопротеинового матрикса, который за счет адгезии к подложке образует комфортную среду обитания. Отметим химическую агрессивность как способ закрепления на поверхности и источнике субстратов, но одновременно причину коррозии самых стойких материалов. Далее отметим биологическую активность, которая выражается в неконтролируемом воспроизводстве даже при гипоксии, ограниченном только доступностью ресурсов. Многослойная пространственная организация, наличие механизмов поддержания гомеостаза, делают биопленки устойчивыми к действию многих химических, физических или бактериологических факторов, включая дезинфекцию. Этим же объясняется феноменальная резистентность биопленки к антибиотикам широкого спектра действия.
При универсальной способности к выживанию биопленка становится источником устойчивого бактериального и химического заражения сельскохозяйственной продукции, причиной сокращения сроков ее хранения, а также механического повреждения продукции и технологических элементов агропромышленной индустрии. Значительное увеличение доз препаратов и/или времени обработки не оправдывает себя не только из-за их относительной неэффективности, но и по причине вреда, наносимого окружающей среде. С учетом специфических особенностей, актуальной является разработка принципиально новых способов удаления биопленки, которые были бы эффективными, оставаясь одновременно экологически безопасными. Сформулированная проблема решается посредством применения электрохимически активированных водных растворов, которые в метастабильном состоянии обладают выраженными бактерицидными свойствами, но при переходе в стационарное состояние трансформируются в обыкновенную воду.
Научное исследование ориентировано на получение новых знаний, изучение механизмов и формирование экологически чистой системы защиты сельскохозяйственных растений и других объектов агропромышленного комплекса посредством электрохимически активированных растворов нового поколения, направлено на разработку технологии природоподобных биоцидных растворов широкого спектра действия, в т.ч. полученных из пресной воды, для использования с целью обеспечения высокопродуктивного и экологически чистого сельского хозяйства.
План научного исследования включает в себя выполнение следующих этапов:
(1) формирование и дезинтеграция бактериальной биопленки на границе стенки и турбулентного потока жидкости в области застойной зоны как модель водопровода (или молокопровода) сложной конфигурации;
(2) формирование и дезинтеграция бактериальной биопленки на внутренней стенке полости пористого материала как модель гидропонного покрытия в тепличном хозяйстве. В закрытых теплицах на корнях овощей, фруктов или других растений, растущих на гидропонном субстрате (например, на минеральной вате), развиваются микроорганизмы, вызывающие заболевания, нарушение роста и развития растений. Известно, что применение традиционных дезинфицирующих препаратов одновременно с эффективным обеззараживанием приводит к побочным эффектам, подавляет рост растения. Предположительно, электрохимически активированные растворы, проявляющие обеззараживающие свойства благодаря метастабильному составу и высокому значению положительного окислительно-восстановительного потенциала, будут безопасны для растений и эффективны в отношении подобных микроорганизмов при обработке питательного субстрата и/или самих растений, и/или воды для полива.
(3) формирование на пористой поверхности в условиях влажной атмосферы (модель плодоовощной продукции) бактериальной биопленки и ее дезинтеграция в потоке нанодисперных частиц электрохимически активированного водного раствора.
«Симбиоз» двух технологий - совместное воздействие на биопленки электростатического поля и аэрозоля электрохимически активированного мелкодисперсного дезинфицирующего водного раствора через отрицательно заряженный блок электродов на положительно заряженный продукт позволит достигнуть эффекта максимального проникновения частиц в поверхностный слой. Предполагаемые эффекты торможения развития характерной для плодоовощной продукции микрофлоры с использованием "сухого тумана" могут обеспечить щадящую обработку без использования ванн с дезинфицирующим средством для полного погружения продукта.
Научные исследования, направленные на достижение синергического эффекта от электрохимического воздействия и обработки с использованием электростатического поля, позволят получить новые знания и раскрыть механизмы проникновения дезинфицирующего средства во все поры и трудно обрабатываемые участки сельскохозяйственных объектов – трубопроводов и оборудования, гидропонного грунта, продукции растениеводства.
Образованный межведомственный междисциплинарный научный коллектив впоследствии может сформулировать основы отдельного научного направления теоретической и экспериментальной биофизики в части агробиотехнологий, для реализации которого будут организованы новые научные структурные подразделения, в том числе ориентированные на формирование кадрового резерва. Появится возможность рационального построения карьеры молодых ученых и специалистов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ