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