Лаборатория «Центр агробиотехнологии»

Научные результаты:

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 являются основой для создания и постоянного пополнения Южно-Российской коллекции пробиотических микроорганизмов.

Разработана, спроектирована, изготовлена и запущена в работу уникальная модель искусственного ЖКТ, 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 (желудочно-кишечного тракта) 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 АСУ ТП. 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/.

Разработана методология создания искусственных микробиологических сред для использования в модельных экспериментах, симулирующих ЖКТ. Проведено комплексное исследование процессов ферментации штаммов-кандидатов (пребиотические субстраты, жидкая и твердая фазы, эффект совместно-культивируемых пробиотиков на биомаркеры пробиотической активности, анализ продуктов ферментации), закономерностей процессов биопленкообразования. Созданы базы данных по полученным свойствам биопленки, физиологическим эффектам выделенных штаммов.

В рамках созданной лаборатории организован и запущен опытный участок, где проведена разработка лабораторной технологии производства пробиотических препаратов, подобраны условия твёрдофазного культивирования, дающие наиболее активный препарат и наработаны опытные партии пробиотических препаратов для исследований. Проведены работы по идентификации метаболитов пробиотических бацилл посредством хроматографии, выделению активных фракций метаболитов. Предложен способ получения беззародышевого биопрепарата на основе метаболитов пробиотических бацилл и кормов на его основе. Создан пакет пилотных технологий получения и протоколов применения новых синбиотических препаратов, основанных на принципе твердофазной ферментации.

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.

Образование и переподготовка кадров:

• В 2021-22 гг. состоялась научная стажировка сотрудника лаборатории в Университете Маастрихта (Нидерланды).
• 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.
• Разработана и реализуется программа дополнительного профессионального образования «Инновационные подходы в создании ветеринарных пробиотических препаратов направленного модулирования здоровья животных».
• Разработана и планируется к реализации основная профессиональная образовательная программа «Охотоведение, кинология и зоопарковое дело» в рамках направления подготовки 36.03.02 «Зоотехния».
• 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 и реализуется основная профессиональная образовательная программа «Почвоведение и агроэкологическая оценка земель» в рамках направления подготовки 35.03.03 «Агрохимия и агропочвоведение».

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) являются образовательной и научно-исследовательской базой для студентов и аспирантов Донского государственного технического университета.

Другие результаты:

Создан сайт лаборатории, в личном кабинете которого работники лаборатории и партнеры могут обмениваться необходимыми документами и обсуждать рабочие вопросы https://probioticdonstu.com/

Сотрудничество:

• Центр инженерных решений в сфере аквакультуры «Simeon AquaBioTechnologies», Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма, Аграрный научный центр «Донской» (Россия): совместные научные исследования.
• 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».
• 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): совместные публикации и доклады на международных конференциях, разработка образовательных программ.
• 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, 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.
• Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет): создание совместной магистерской образовательной программы.