Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Целью проекта является создание эффективной системы оценки почвенных систем, загрязненных нефтепродуктами, и доказательство, что ключевым механизмом деградации загрязненных почв является изменение микробиома почвы, на основе которого можно предложить эффективный метод ремедиации, основанный на восстановлении микробиома почвы. На этапе 2024 года были получены следующие результаты: Были собраны и охарактеризованы 71 природный образец почв и почвенных грунтов Ханты-Мансийского автономного округа – Югры. Для анализа исходного состояния почв образцы были взяты из верхнего горизонта (0–10 см) условно чистых, незагрязненных нефтепродуктами зон (территории г. Сургута, Сургутского района, г. Когалыма, Лянторского, Федоровского и месторождения имени А. В. Филатова). При отборе учитывали природные и ландшафтные особенности региона, а также литологическую неоднородность. Образцы охарактеризованы по гранулометрическому составу и физико-химическим характеристикам. По структуре, составу и свойствам отобранных образцов почвы разделились на девять подтипов, входящих в четыре основные категории. Процесс классификации почв включал оценку содержания различных форм железа в отобранных почвах. Были изучены следующие физико-химические характеристики почвенных образцов до и после внесения модельного нефтяного загрязнения: pH водного экстракта; pH солевого экстракта; емкость катионного обмена; гидросорбционные свойства. Проведен метагеномный анализ, направленный на изучение состава микробиоты. Для выполнения анализа была отработана методика выделения ДНК из почвы. В результате были идентифицированы доминирующие филы микробиоты: Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidota. Среди родов преобладали Mongolinitalea и Alkalibacterium, адаптированные к суровым условиям северных почв. В качестве модельных загрязнителей почв были выбраны нефть Средне-Угутского месторождения и дизельное топливо Сургутского ЗСК. Эти вещества отражают реальные условия загрязнения региона и широко используются в промышленности и транспорте. Нефть Средне-Угутского месторождения анализировалась методом SARA, разделившим ее на насыщенные углеводороды, ароматические соединения, смолы и асфальтены. Установлено, что это зрелая парафинистая нефть (тип А1), сформированная в восстановительных условиях морской среды. Геохимические параметры и хромато-масс-спектрометрия подтвердили однородность состава и высокую зрелость органического вещества. Дизельное топливо, представленное легкими углеводородами (C10–C16), характеризуется высокой миграцией в почвенном профиле и типично для региона. Для изучения влияния растворителей и нефтепродуктов на параметры ферментативных и организменных тест-систем разработаны реакционные смеси для моноферментного (БХЭ), биферментного (L+R) и триферментного (A+L+R) анализов. Подобраны составы реакционных систем, проведен анализ оптических спектров почвенных вытяжек и установлены оптимальные растворители: Твин-80, этанол (до 5%), ацетон (до 4%) и ДМСО (до 25%), обладающие минимальным ингибирующим действием на ферменты. Построены графики зависимости активности ферментативных систем от концентрации растворителей и ПАВ. Проведены исследования токсичности выбранных растворителей на организменные тест-системы: дафнии (Daphnia magna), биосенсоры серии «Эколюм» и семена горчицы (Sinapis alba). Установлено, что Твин-80 имеет минимальное токсическое воздействие, ЦТАБ и лаурилсульфат натрия токсичны при концентрациях выше 5%, ДМСО оказывает двойственный эффект, а токсичность этанола и ацетона умеренно увеличивается с ростом концентрации. Проведена оценка токсичности нефти Средне-Угутского месторождения и дизельного топлива Сургутского ЗСК на организменные тест-системы. Установлено, что нефть обладает большей токсичностью благодаря высоколипофильным ароматическим углеводородам, в то время как дизельное топливо, содержащее алифатические соединения, проявляет меньшую токсичность. Выполнен спектральный анализ нефтепродуктов (200–800 нм), разработаны корректирующие формулы и алгоритмы интерпретации данных для учета сигналов, совпадающих с характеристиками ферментативных систем, что позволило снизить погрешность оценки токсичности. Изучено влияние почвенных вытяжек на ферментативные системы, где ДМСО (25%) использовался как растворитель с минимальным ингибирующим эффектом. Установлено, что система на основе БХЭ устойчива к вытяжкам, тогда как би- и триферментные системы демонстрируют снижение активности при росте концентрации загрязнителей. Разработаны биолюминесцентные системы (L+R и A+L+R) для оценки деградации нефтепродуктов в почвах. Были подобраны и подготовлены структуры ферментов, углеводородов нефти, гуминовых кислот, а также файлы топологии для расчетов молекулярной динамики. Использованы структуры НАД(Ф)Н:ФМН-оксидоредуктазы (1VFR), алкогольдегидрогеназы (4W6Z) и люциферазы, созданной методом гомологии. Проведен сравнительный анализ силовых полей CHARMM36 и GROMOS96 54a7. Смоделированы системы белок-вода, белок-ацетон (10%) и белок-ДМСО (10%) с использованием GROMACS 2020.4, рассчитаны параметры стабильности (RMSD, Rg, SASA) и подвижности (RMSF). Показано, что ДМСО минимизирует ингибирующий эффект на структуру, а ацетон в GROMOS96 54a7 вызывает структурные изменения из-за специфики параметризации. Разработаны алгоритмы для анализа взаимодействий белков с растворителями и углеводородами, что важно для оценки активности ферментативных систем. Подготовлены параметры силового поля CHARMM36 для углеводородов дизельного топлива, содержащих алифатические, нафтеновые и ароматические соединения. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту: https://news-surgut.ru/society/2024/03/04/19345.html https://www.surgu.ru/ru/news/students/2024/3/4625-proekt-uchenyh-surgu-poluchil-podderzhku-rossiyskogo-nauchnogo-fonda https://www.surgu.ru/ru/news/science/2024/12/5137-prizer-mezhdunarodnoy-shkoly-molodyh-uchenyh https://news.sfu-kras.ru/node/29123 https://nauka.tass.ru/nauka/21842429?utm_source=news.sfu-kras.ru&utm_medium=referral&utm_campaign=news.sfu-kras.ru&utm_referrer=news.sfu-kras.ru https://vk.com/@surgu-aspirant-surgu-v-poiskah-effektivnyh-metodov-udaleniya-nefty

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Целью проекта является создание эффективной системы оценки состояния почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, и обоснование того, что ключевым механизмом деградации таких почв является изменение структуры микробиома. На этой основе предполагается разработать подходы к ремедиации, ориентированные не только на снижение концентраций углеводородов, но и на восстановление функционально полноценного почвенного микробоценоза. В 2025 году исследования были сосредоточены на установлении количественных закономерностей влияния сырой нефти и дизельного топлива на физико-химические свойства, микробное сообщество и токсичность природных почв Ханты-Мансийского автономного округа – Югры, а также на оценке эффективности биоремедиации с использованием моноаммонийфосфата (МАФ). В модельных опытах использовали 71 ранее отобранный и охарактеризованный образец почв четырех основных типов (подзолистые, дерново-глеевые, болотные и аллювиальные). Образцы дополнительно загрязняли легкой нефтью и дизельным топливом в различных дозах и отслеживали изменение кислотно-основных свойств, сорбционных характеристик и гидрофизических параметров. Показано, что концентрации порядка 50 г/кг формируют пороговый уровень загрязнения, при котором изменения pH, емкости катионного обмена и гидросорбционных свойств наиболее выражены, а дальнейшее увеличение концентрации нефти или дизельного топлива приводит к закреплению, но не к существенному усилению негативных эффектов. Наиболее чувствительными к воздействию загрязнителей оказались легкие малогумусные подзолистые почвы; дерново-глеевые и аллювиальные продемонстрировали более высокую буферную способность, а болотные – минимальные изменения за счет высокой влагоемкости и доли органического вещества. Сопоставление поведения сырой нефти и дизельного топлива показало, что при сходной нагрузке нефть вызывает более глубокую деградацию физико-химических свойств почв, тогда как дизельное топливо характеризуется более умеренным, но быстрым по времени эффектом за счет преобладания легких фракций. Важным направлением работы 2025 года стало изучение перестройки микробных сообществ в ответ на нефтяное загрязнение. Метагеномный анализ образцов, загрязненных нефтью и дизельным топливом в дозах 25 и 100 г/кг, включал выделение ДНК, подготовку библиотек по протоколам высокопроизводительного секвенирования и биоинформатическую обработку с использованием современных пайплайнов. Показано, что нефтяное загрязнение сопровождается выраженным снижением альфа-разнообразия и упрощением таксономической структуры микробиоты при доминировании отдельных устойчивых таксонов. При меньшей нагрузке (25 г/кг) сохраняется большее видовое и родовое разнообразие, а микробные сообщества демонстрируют признаки частичного восстановления, тогда как при 100 г/кг наблюдается значительная редукция числа детектируемых таксонов и усиление доминирования узкой группы микроорганизмов. Установлено, что сырая нефть оказывает более сильное угнетающее влияние на микробиоту, чем дизельное топливо, что согласуется с ее более тяжелым фракционным составом и меньшей биодоступностью. Для интегральной оценки токсичности загрязненных почв был реализован комплекс биотестирования на организменном и ферментативном уровне. Использовались тесты с дафниями (Daphnia magna), люминесцентными бактериями («Эколюм») и семенами горчицы (Sinapis alba), а также моно-, би- и триферментные биолюминесцентные системы. Показано, что на ранних сроках экспозиции (первый месяц) водные вытяжки из загрязненных образцов демонстрируют высокую токсичность, особенно в отношении дафний и люминесцентных бактерий, тогда как фитотест характеризуется более высоким порогом чувствительности. В динамике от 3 до 12 месяцев для всех типов почв зафиксировано многократное снижение токсичности и переход к низким или практически нетоксичным уровням, особенно в вариантах с внесением МАФ. Установлено, что наиболее чувствительной к действию нефтепродуктов и их комбинаций с МАФ является триферментная система (ADH + R + L), в то время как моноферментная система на основе бутирилхолинэстеразы сохраняет стабильную активность и может рассматриваться как менее информативная в отношении нефтяного загрязнения. Полученные ряды чувствительности тест-систем и данные по динамике EC₅₀/IC₅₀ позволили количественно описать токсикологический отклик почвенных систем на загрязнение и ремедиацию. Отдельным направлением стало исследование эффективности моноаммонийфосфата как ремедиационной добавки с использованием газохроматографического анализа остаточных углеводородов. Для дерново-глеевой почвы показано, что внесение МАФ в дозе 125 мг/кг при загрязнении дизельным топливом 25 г/кг приводит к заметному снижению суммарной площади углеводородных пиков по сравнению с контролем, а при более высокой нагрузке (50 г/кг) уменьшение остаточного содержания дизеля может достигать более чем двукратного по отношению к варианту без МАФ. Использование повышенной дозы МАФ (250 мг/кг) сопровождается дополнительным сокращением доли тяжелых фракций и сглаживанием хвостовой части хроматограмм как для дизельного топлива, так и для сырой нефти. Эти результаты свидетельствуют о дозозависимом характере ремедиационного эффекта МАФ. Для понимания молекулярных механизмов действия нефтепродуктов и сорастворителей на ферментативные тест-системы выполнен комплекс расчетов молекулярной динамики для ключевых ферментов биолюминесцентных и ферментативных тестов. Моделирование показало, что смеси воды с ДМСО и низкомолекулярными компонентами дизельного топлива не приводят к разрушению глобальной структуры ферментов, но вызывают локальные изменения подвижности участков, формирующих активные центры, а также перераспределение водородных и электростатических взаимодействий и изменение сольватации каталитически значимых аминокислотных остатков. Эти данные обеспечивают молекулярное обоснование наблюдаемых в эксперименте изменений активности ферментативных систем в присутствии нефтепродуктов и используемых при пробоподготовке сорастворителей. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту: https://ria.ru/20250909/nauka-2040382102.html https://ria.ru/20250128/nauka-1995907526.html https://new.ras.ru/activities/news/razlivy-nefti-ukhudshayut-plodorodie-pochv-sibiri/ https://ksc.krasn.ru/news/razlivy_nefti_ukhudshayut_plodorodie_pochv_sibiri/ https://ria.ru/20251209/nauka-2060595215.html