Лаборатория «Центр агробиотехнологии»

Научные результаты:

Разработана, спроектирована, изготовлена и запущена в работу уникальная модель искусственного ЖКТ (желудочно-кишечного тракта), аналогичная и конструктивно не уступающая лучшим мировым образцам (например, SHIME, the Simulator of the Human Intestinal Microbial Ecosystem), но, в отличие от них, адаптированная и оптимизированная для максимально возможного симулирования естественной микробиоты ЖКТ разных животных.

Найден новый подход к созданию видо-ориентированных установок для имитации физиологических и микробиологических процессов в организмах животных, проведения экспериментальных физико-микробиологических исследований «in-vitro» в среде с управляемыми и контролируемыми параметрами. Созданная иерархическая микропроцессорная система управления и мониторинга обеспечивает проведение экспериментов произвольной длительности с управлением температурой химуса, величиной рН и обеспечением инертной атмосферы. Разработано программное обеспечение верхнего иерархического уровня – реакторы моделей могут масштабироваться и объединяться в цепи под общим управлением автоматизированной системы управления технологическим процессом. В работе установки используются разработанные мнемосхемы и функциональная система управления и мониторинга температуры и состава жидкости для исследований ЖКТ с возможностью распараллеливания эксперимента(ов). Установка обеспечивает проведение исследований при исключении внешней освещенности химуса в биореакторах, а также в низкокислородной атмосфере за счет вытеснения кислорода инертными газами – азотом, двуокисью углерода, аргоном. Для обеспечения сервиса по удаленному мониторингу параметров проводимых опытов, в программу управляющего компьютера встроена возможность передачи информации о контролируемых параметрах и генерируемых управляющих воздействиях через MQTT протокол в облачный сервис сети Интернет. Разработка прошла процедуру регистрации как Уникальная научная установка «Микробиологический комплекс моделирования процессов в желудочно-кишечном тракте животных» (УНУ «МикроЖКТ»). УНУ «МикроЖКТ» предназначена для проведения научно-исследовательских работ на динамических моделях: комплексные исследования «in vitro» влияния различных субстанций (пребиотики, пробиотики, лекарственные препараты, компоненты кормов и др.), как на функциональные, так и на структурные характеристики микробных консорциумов различных отделов ЖКТ https://probioticdonstu.com/unu-mikro-jkt/, https://ckp-rf.ru/catalog/usu/3559948/.

Проведён скрининг штаммов микробиот, выделенных из различных популяций здоровых животных и среды (ЖКТ животных клеточного и свободного содержания, подстилки и почв, различных географических зон) на пробиотический потенциал. Осуществлено сравнительное изучение отобранных штаммов in vitro и in vivo. Отобраные пробиотики и потенциально-пробиотические штаммы с целевой активностью для применения в животноводстве и аквакультуре стали основой созданной и пополняемой Южно-Российской исследовательской коллекции пробиотических микроорганизмов. Идентификация пребиотических и постбиотических продуктов, перспективных для модулирования здоровья животных и обладающих ДНК-протекторной и антиоксидантной активностью, позволит развить работы по разработке новых препаратов для сельского хозяйства.

В рамках созданной лаборатории организован и запущен опытный участок, где проводятся разработки лабораторных технологий производства пробиотических препаратов, нарабатываются опытные партии пробиотических препаратов для исследований. Создан пакет пилотных технологий получения и протоколов применения новых синбиотических препаратов, основанных на принципе твердофазной ферментации. Сухие пробиотические препараты испытаны в опытах на объектах птицеводства и аквакультуры. Разработаны биологические основы инкапсуляции пробиотических бацилл. Создание эффективной технологии сушки лактобактерий открыло путь к созданию экономически эффективных препаратов-заквасок с пробиотическим действием для силосования, направленных на повышение эффективности кормления сельскохозяйственных животных. Возможность использования микроорганизмов с пробиотическими свойствами в силосовании создает предпосылки для нового вектора доставки модулирующих здоровье микроорганизмов животным сельскохозяйственного значения.

Внедрение результатов исследования:

• Разработана методика совместного применения биопрепарата на основе пробиотика с целевой активностью и кормовой добавки индустриального заказчика, область применения – агробиотехнологии (птицеводство).
• Разработана технология получения биопрепарата с противогрибковой активностью на основе твердофазной ферментации спорообразующих бацилл на растительном субстрате, область применения – агробиотехнологии (растениеводство). Препарат произведён на базе лаборатории для индустриального заказчика.
• Разработаны методы анализа антимикробной активности образцов рекомбинантных бактериоцинов в отношении штаммов с подтверждённой видовой принадлежностью для частной фармацевтической компании.
• Разработаны технологии получения пробиотических препаратов для введения в корм сельскохозяйственных объектов непосредственно на предприятиях индустриальных заказчиков, область применения – агробиотехнологии.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Оснащенные оборудованием научно-исследовательские лаборатории Центра агробиотехнологии (аналитическая лаборатория, патогистологическая лаборатория, микробиологическая лаборатория и лаборатория биотехнологии, экспериментально-биологическая клиника (виварий), лаборатория клеточных технологий, ПЦР-лаборатория, исследовательская коллекция пробиотических микроорганизмов) являются базой для проведения научных исследований, хоздоговорных работ, осуществления образовательной и научно-исследовательской деятельности студентов и аспирантов Донского государственного технического университета.

Образование и переподготовка кадров:

• Сотрудники лаборатории прошли стажировки по направлению научного исследования в ведущих мировых научных центрах: университете Маастрихта (Нидерланды) (2021-2022 гг.), университете BINUS, Индонезия (2023 г.).

• Разработана и реализуется основная профессиональная образовательная программа «Почвоведение и агроэкологическая оценка земель» в рамках направления подготовки 35.03.03 «Агрохимия и агропочвоведение».

• Разработаны и реализуются основные профессиональные образовательные программы: «Процессы и оборудование биотехнологии» в рамках направления подготовки 19.03.01 «Процессы и оборудование биотехнологии»; «Генетика и селекция рыб» в рамках направления подготовки 35.03.08 «Водные биоресурсы и аквакультура»; «Рыбоводство» в рамках направления подготовки 35.03.08 «Водные биоресурсы и аквакультура».

• Разработана основная профессиональная образовательная программа «Охотоведение, кинология и зоопарковое дело» в рамках направления подготовки 36.03.02 «Зоотехния».

• Разработаны и реализуются программы дополнительного профессионального образования «Инновационные подходы в создании ветеринарных пробиотических препаратов направленного модулирования здоровья животных», «Органическая ферма от А до Я».

• Результаты разработки модели искусственного желудочно-кишечного тракта курицы используются при проведении занятий по курсам: «Моделирование систем управления» (программа подготовки 27.03.04 «Управление в технических системах»), «Моделирование систем и процессов» (программа подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»), «SCADA» (программа подготовки 15.04.04 «Промышленное программирование»), а также при подготовке аспирантов по направлениям 15.06.01 и 27.06.01.

Сотрудничество:

• Центр инженерных решений в сфере аквакультуры «Simeon AquaBioTechnologies», Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма, Аграрный научный центр «Донской» (Россия): совместные научные исследования.

• Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет): создание совместной магистерской образовательной программы.

• Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем Российской академии наук, Российский университет дружбы народов, Институт механизации животноводства – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», Ставропольский государственный аграрный университет, Институт экспериментальной медицины, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Казанский (Приволжский) федеральный университет, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (Россия): публикации работ объединенных коллективов в высокорейтинговых научных журналах, подготовка совместных докладов и выступления на международных конференциях.

• Академия биологии и биотехнологии Южного федерального университета, Ростовский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации, Национальный медицинский исследовательский центр онкологии Министерства здравоохранения Российской Федерации, Санкт-Петербургский государственный университет, Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А.Тимирязева,

• Научный университет Малайзии, Norwegian University of Life Sciences (Норвегия), University of Diyala (Ирак), Maharshi Dayanand University (Индия), Stellenbosch University (ЮАР), Федеральный университет Висозы, Университет Сан-Паулу (Бразилия), Университет сельскохозяйственных наук и природных ресурсов Горгана (Иран), Jinan University (Китай): совместные публикации и доклады на международных конференциях, разработка образовательных программ, основ для совместных научных исследований.

• Amazonen Werke (Германия), Wintersteiger AG (Австрия), Рутгерский университет (США), Российская академия наук, Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук, машиностроительный завод ООО «БОНУМ», компания «Lallemand Animal Nutrition», ООО «ГРУППА АГРОКОМ», агротехнологический холдинг «Бизон», ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш» (Россия), Lemken GmbH & Co. KG: организация и проведение совместных конференций и форумов в рамках комплексного плана научных исследований «Развитие аквакультуры» - Международная научно-практическая конференция «Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса», Международная научно-практическая конференция «Математическое моделирование и биомеханика», International Conference on Beneficial Microbes «ICOBM-2021», Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в науке и образовании», Международная научно-практическая конференция «Развитие и современные проблемы аквакультуры».