Новый научный проект Научно-технологического университета «Сириус» впервые в истории российской науки позволит использовать микробиом воздуха – бактерии, грибы, споры и другие биологические частицы — в качестве комплексного инструмента для оценки качества окружающей среды и раннего выявления экологических рисков. Учёные создадут подробную карту микробиома воздуха Черноморского региона, что позволит выявлять зоны с повышенной биологической нагрузкой, оценивать состояние курортных и городских территорий. Руководит проектом Софья Позднякова — кандидат биологических наук, PhD, которая присоединилась к команде Сириуса после многолетней научной работы в Германии и Испании. Она победила в конкурсе на привлечение новых научных команд в рамках государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус».
Проект «Микробиом воздуха как инструмент мониторинга качества среды и раннего выявления биологических рисков в Черноморском регионе» Научно-технологического университета «Сириус» посвящён тому, что обычно остаётся за рамками стандартного мониторинга воздушной среды. Традиционные системы оценивают концентрацию взвешенных частиц, диоксид азота, озон и другие химические показатели. Однако воздух содержит ещё и биологическую составляющую. Например, бактерии, грибы и их споры, а также пыльцу и фрагменты ДНК. Их состав также может дать ценную информацию о состоянии окружающей среды, сезонных изменениях, уровне антропогенной нагрузки и последствиях экстремальных погодных событий.
Для Черноморского региона это особенно актуально. На Черноморском побережье высокая антропогенная нагрузка сочетается с влажным климатом, близостью моря и разнообразием природных зон — от лесов до предгорий. В таких условиях биологические частицы постоянно переносятся между водой, почвой, растительностью, городской средой и атмосферой. Проект впервые в России попытается превратить эти данные в системный инструмент мониторинга. Микробиом воздуха будет использоваться не как набор отдельных микроорганизмов, а как комплексный индикатор состояния среды.
Софья Позднякова — специалист по микробиому окружающей среды и биоаэрозолям. Её научный путь начался с фундаментальной молекулярной и клеточной биологии. Докторскую работу она выполняла в Берлине, где занималась клеточными сигнальными механизмами и митохондриальной биологией. Позже её исследования сместились в сторону environmental health — изучения того, как факторы окружающей среды воздействуют на человека.
В Барселоне одним из центральных направлений её работы стал микробиом воздуха: разработка методов отбора и анализа ультранизкобиомассных атмосферных образцов, метагеномика биоаэрозолей, антибиотикорезистентность и перенос микроорганизмов в атмосфере.
Проект в Сириусе становится следующим этапом этой работы: перейти от отдельных исследовательских кампаний к созданию долговременной территориальной системы наблюдения, объединяющей микробиологию, геномику, экологию, метеорологию и пространственный анализ.
«После нескольких лет работы в международных исследовательских командах мне хотелось не просто продолжить изучать микробиом воздуха, а создать собственное направление, где фундаментальная наука сразу связана с территорией и практическими задачами. В Сириусе для этого есть очень интересное сочетание: море, городская среда, интенсивная рекреационная нагрузка, зелёные и предгорные территории буквально рядом друг с другом. С научной точки зрения это уникальная естественная лаборатория», — комментирует руководитель проекта, старший научный сотрудник Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Научно-технологического университета «Сириус» Софья Позднякова.
В первый год проекта команда специалистов из Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Научно-технологического университета «Сириус» выберет мониторинговые площадки, разработает схему отбора проб и адаптирует протоколы работы с аэрозольными образцами. Во второй — проведёт основной мониторинг. В частности, учёные осуществят отбор проб воздуха, а также почвенных, осадочных и водных образцов. В третий год проект будет посвящён молекулярному анализу, биоинформатической обработке данных, их статистической интерпретации и разработке прикладных решений. В исследование будут активно вовлечены магистранты и аспиранты Научно-технологического университета «Сириус».
«Ключевое преимущество нашего проекта состоит в том, что мы будем анализировать биологические показатели качества воздуха не изолированно, а вместе с данными о концентрации взвешенных частиц, метеорологии, типе территории и антропогенной нагрузке. Мы планируем создать базовый микробиомный профиль и карту территории, что позволит понимать, какое состояние является обычным для разных зон и сезонов, а какие изменения выходят за пределы естественной вариабельности. В перспективе такая система позволит быстрее выявлять необычные изменения, связанные с городской и транспортной нагрузкой, экстремальными погодными событиями или межсредовым переносом микроорганизмов. Если подход будет успешно валидирован, разработанная в Сириусе система сможет стать основой для масштабирования биологического мониторинга воздуха на другие города и регионы России», — рассказывает Софья Позднякова.
На выходе учёные планируют получить подробную карту микробиома воздуха Черноморского региона, включающую набор биологических маркеров качества среды, индекс качества воздуха нового поколения, а также аналитический прототип системы раннего предупреждения. Это позволит выявлять зоны с повышенной биологической нагрузкой, оценивать состояние курортных и городских территорий и анализировать последствия экстремальных погодных событий. Для России проект является одним из первых примеров системного мониторинга микробиома воздуха как инструмента оценки качества среды в прибрежном урбанизированном регионе.
Автор: Денис Новиков