Российские ученые создают влагоудерживающие гели для аграриев
Безопасный биогель для аграриев, удерживающий влагу во время засухи, создают ученые Новосибирского государственного технического университета в содружестве с химиками Института органического синтеза (Екатеринбург). Также он способен отдавать и транспортировать биоудобрения.
Как сообщили в управлении информационной политики университета, в настоящее время проводится лабораторное тестирование геля на почве: ученые загрузили некоторые виды полезных почвенных бактерий, поместили их в почву, и бактерии хорошо себя чувствуют в геле. Спрос на такой биогель уже сформирован: в нашей стране есть регионы (Хакасия, Бурятия, Краснодарский край), где практически невозможно вырастить даже газонную траву из-за структуры почвы.
«Гель работает как буферная зона, из которой могут медленно выходить в почву бактерии — полезные микроорганизмы, способные заходить прямо в клетки и улучшать иммунитет растений против насекомых, паразитов и грибов», — отметила к. б. н. Екатерина Литвинова — руководитель исследовательской группы.
Влагоудерживающий биогель очень ждут в овцеводческих хозяйствах, расположенных поблизости от Самарканда, где пустыня зеленеет раз в 5–7 лет. Там выращивают рунных овец, в рационе которых должны присутствовать определенные растения для высокого качества шерсти. Применение биогеля в этом регионе позволит вернуть зеленый покров этих растений и продлить их жизненный цикл.
Следующая задача, которую предполагают решить при помощи данной разработки, — это сохранение полезных бактериальных колоний между периодами вегетации. По стандартам сельскохозяйственного землепользования, после каждого сезона урожая поля необходимо протравливать. Внесение гербицидов — эффективный способ очищения почвы от всего вредного, но при этом, к сожалению, также гибнет полезное, отметили ученые. Биогель может стать своеобразным домиком, в который перед протравкой полей заводятся и запечатываются полезные бактерии. Далее они в питательной гелевой среде пережидают время отдыха поля, а затем «выходят» с началом следующего сезона возделывания земли.
«Структура биогеля может влиять на скорость высвобождения воды, а формированием этой структуры мы можем управлять через способы приготовления продукта, — сообщила Екатерина Литвинова. — Есть криоспособ (холодный), есть тепловой, есть с добавлением кислот или щелочей и так далее. Например, сейчас мы тестируем гель, уже выдержавший в испытаниях 14 загрузок-разгрузок, — это как раз кандидат на удержание влаги в почве, такая долгоиграющая губка».
Сегодня в некоторых частных хозяйствах Краснодарского края тестируются модификации биогеля, помогающие задерживать удобрения в верхнем, плодородном слое. Существуют почвы, через которые все очень быстро протекает насквозь — удобрения в прикорневом слое держатся до первого дождя или полива, а потом уходят на недоступную для корней растений глубину. Гель работает как аккумулятор биоудобрений. Аккумуляция сможет восстановить плодородность верхнего слоя, предположительно, за 3–4 года, отметили в университете.
В НГТУ также сообщили, что ближайшая перспектива разработок лаборатории связана с имеющейся большой коллекцией противогрибковых, ростостимулирующих, противовирусных, инсектицидных микроорганизмов. Точечное внесение этих препаратов в почву на геле как носителе способно многократно усилить их эффект на рост и урожайность по сравнению с традиционными способами распыления.
Проект реализуется в рамках федеральной программы Минобрнауки «Приоритет 2030» (национальный проект «Наука и университеты») по стратегическому проекту «Новые инженерные решения и искусственный интеллект для биомедицины».
Рекомбинантный химозин марала — для выработки сыров
Коллектив исследователей из Кольцово, Новосибирска, Барнаула, Уфы и Москвы определил пространственную структуру рекомбинантного химозина алтайского марала. Исследование представляет интерес для российской пищевой промышленности: рекомбинантный химозин, необходимый в сыроделии для свертывания молока, в настоящее время не производится в России.
Для производства сыра в мире используются 2 типа химозина: натуральный и рекомбинантный или, другими словами, биотехнологический. Натуральный химозин — фермент, выделенный из желудков телят, постепенно уходит в прошлое, поскольку биотехнологии позволяют получить лучший результат более гуманным и дешевым способом. В настоящее время в России не производится отечественный рекомбинантный химозин, сыроделы используют импортную продукцию.
«Мировые исследования показали парадоксальный факт: рекомбинантный химозин верблюда обладает лучшими свойствами для свертывания коровьего молока, чем химозин коровы. С 2016 года мы ведем работы по созданию биотехнологических химозинов различных млекопитающих, поскольку рассчитываем найти самый эффективный химозин, а впоследствии — при помощи направленного дизайна — попытаться создать идеальный химозин, обладающий комплексом технологических свойств, важных для сыроделия», — рассказал ведущий научный сотрудник отдела биоинженерии Государственного научного центра вирусологии и биотехнологий «Вектор» кандидат биологических наук Дмитрий Щербаков.
В рамках исследования коллектив получил рекомбинантные химозины алтайского марала и лося. Сотрудники Алтайского государственного университета наработали необходимое количество белка. Ученые из Новосибирского государственного университета, ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» и лаборатории перспективных исследований мембранных белков Московского физико-технического института на базе МФТИ провели успешную кристаллизацию одного из химозинов (химозина марала). После этого исследователи МФТИ удаленно провели эксперимент в Европейском центре синхротронного излучения (ESRF, Франция) и совместно со специалистами НГУ и ЦКП СКИФ расшифровали и уточнили эту структуру. Обработка данных велась в рамках Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры.
Кристаллическую структуру химозина марала можно найти в Protein Data Bank под кодовым номером 8CIK. Готовится статья, описывающая исследование и его результаты.
«3D-структуры рекомбинантных химозинов необходимы для изучения взаимосвязи структурного положения атомов и свойств белка. Прежде всего, нас интересуют молокосвертывающая и протеолитическая активности, а также термостабильность. В будущем мы рассчитываем использовать возможности ЦКП СКИФ, где планируется создать необходимую инфраструктуру — лабораторию кристаллизации белков и исследовательские станции, где будет реализован метод белковой кристаллографии. Благодаря этому мы сможем получить достаточное количество экспериментальных данных о различных химозинах и на этой основе создать модель работы фермента, а следовательно, приблизимся к созданию идеального химозина», — комментирует Дмитрий Щербаков.
Сейчас для воссоздания модели работы рекомбинантного химозина используется компьютерное моделирование, его проводит теоретическая группа «Кванты и динамика».
«Химозины — это превосходные объекты для получения опыта и понимания типовых задач, с которыми встретятся исследователи биополимеров, которые приедут в ЦКП СКИФ. Участвуя в подобных проектах сейчас, на этапе создании центра, мы лучше понимаем, какие инфраструктурные и кадровые ресурсы необходимы для комфортной работы и какие компетенции должны быть у исследователей для определения пространственных структур биополимеров», — комментирует ответственный за направление «Структурная биология» ЦКП СКИФ, старший научный сотрудник ЦКП СКИФ, старший преподаватель кафедры химии твердого тела НГУ кандидат химических наук Сергей Григорьевич Архипов.
Рекомбинантный химозин марала, созданный российским научным коллективом, показал хорошие результаты на практике и уже используется Сибирским научно-исследовательским институтом сыроделия для выработки сыров.
Сибирские ученые работают над повышением эффективности катализаторов нейтрализации аммиака
Сотрудники ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» при поддержке Российского научного фонда исследуют платино-титановые катализаторы для нейтрализации аммиака. Существующие катализаторы для процесса окисления аммиака при низкой температуре показывают недостаточно высокую селективность по целевому продукту — молекулярному азоту. Цель ученых ИК СО РАН — выяснить, как можно повысить эту селективность.
Для нейтрализации аммиака при низких температурах традиционно используют катализаторы на основе платины и оксида алюминия. У них есть минус — низкая селективность по целевому продукту, то есть помимо молекулярного азота образуются оксиды этого элемента. Они также токсичны, поэтому их формирования надо избегать.
Ученые Института катализа СО РАН намерены понять, как можно повысить селективность получения азота в реакции окисления аммиака, с помощью модификации поверхности катализатора.
«В качестве модельного катализатора мы возьмем оксид титана с нанесенной на него платиной и изучим, как модификация кислотно-основных свойств поверхности катализатора влияет на селективность по азоту. Добавляя небольшие количества модификаторов, вольфрама и калия, мы проследим за изменениями каталитических свойств системы и процесса протекания реакции», — рассказала научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН кандидат химических наук Лидия Кибис.
Для исследования полученных катализаторов ученые используют комплекс физико-химических методов исследования, основным из которых будет ИК-спектроскопия в режиме in situ. Это позволит наблюдать за изменениями, происходящими на поверхности образцов, непосредственно в ходе протекания реакции.
Исследование в первую очередь носит фундаментальный характер, но по его результатам ученые смогут дать рекомендации, как усовершенствовать существующие на рынке катализаторы окисления аммиака.
Тренды мирового агротеха исследовали в РФ
Эксперты «Россельхозбанка» проанализировали несколько тысяч публикаций в сети Интернет за последние пять лет (с 2018 по 2023 год) в области агротехнологий и составили облака слов из наиболее часто встречающихся терминов, которые отражают направления развития агротеха в России и мире.
Ключевые темы прошедших пяти лет в сфере агротехнологий связаны с цифровизацией и автоматизацией сельскохозяйственных процессов, использованием технологий искусственного интеллекта, машинного обучения и обработки больших объемов данных. Среди всех направлений особой популярностью пользуется регенеративное сельское хозяйство, направленное на восполнение природных ресурсов. Например, в сфере биотехнологий наблюдается высокий интерес к гидропонному методу выращивания растений.
Самой обсуждаемой темой оказалось
сити-фермерство — сельскохозяйственная деятельность в городе в контролируемой среде с применением новых видов теплиц. Популярность сити-ферм вызвана желанием сельхозпроизводителей сократить издержки, повысить производительность и сократить время попадания продуктов «от фермера к столу».
Эксперты банка отмечают, что потребители проявляют все больший интерес к здоровому образу жизни, что влияет на формирование новых тенденций в агротехе. Например, за последние пять лет большую популярность приобрели исследования по созданию альтернативных белков, получивших применение в том числе и в пищевой промышленности.
