Галофильных архей удалось сохранить с помощью нейросети

Нейронные сети продолжают «глубоко простирать руки в дела человеческие». Теперь дошла очередь до биотехнологий. Для галофильных бактерий нашли новый оптимальный способ высушивания. С помощью нейросети российские учёные смогли подобрать для микроорганизмов необходимые условия высушивая с учётом их повышенных требований к содержанию соли. Подробности исследования, читайте на страницах журнала Extremophiles.

Halobacterium salinarum


Галофильные археи (Halobacterium salinarum) представляют собой одноклеточный микроорганизм без ядра и других клеточных органелл. Они способны выживать только в растворе с повышенной концентрацией соли, а также имеют устойчивость к высокой температуре, радиационному излучению и токсичным веществам.  Исследователи считают, что галофильные бактерии стали первыми живыми существами на Земле, в чём и кроется причина их неуязвимости.

Галофилы способны благоприятно влиять на организмы живых существ, например, при попадании внутрь выполнять защитные функции. Для расширения возможности применения галофильных архей проводится большое количество исследований. Учёные считают, что бактерии можно будет использовать в производстве кормовых добавок, а также синтеза биомедицинских препаратов. Камнем преткновения до недавнего времени было найти способ высушивая и хранения архей. Эту проблему решили российские учёные из Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева совместно с коллегами из Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.К. Скрябина, Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова, Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН и Института микробиологии имени С.Н. Виноградского РАН при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ).

По словам одного из авторов работы Дмитрия Складнева, заведующего лабораторией выживаемости микроорганизмов Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, в подтверждение гипотезы об археях, как о первых бактериях на планете, упоминают более высокую выживаемость клеток микроорганизмов при их высушивании и инкапсуляции, в частности, в кристаллы соли NaCl. Получение и использование высушенных клеток галобактерий даёт возможность длительного хранения жизнеспособных клеток, обладающих всеми ценными свойствами, характерными для живой материи вообще.

Для высушивания галофильных архей используют распылительную сушку – процесс, при котором раствор с микроорганизмами распыляют в поток горячего воздуха. В этом случае жидкость испаряется, оставляя сухих архей в виде маленьких частиц. Широко используется метод лиофилизации или замораживания и последующего помещения в вакуумную камеру. В обоих случаях сохранение полезных свойств бактерий нуждается в правильном подборе условий, таких как температура, давление и растворитель.

Авторы нового исследования выяснили, какие параметры для этого необходимо соблюдать. В этом учёным помогла нейросеть: искусственный интеллект обучился на примере возможных исходов и параметров сушки, и далее выдал прогноз результата для заданных входных условий. Индикатором сохранности бактерий учёные выбрали каротиноиды, вещества сходные по происхождению и свойствам с предшественником витамина А – бета-каротином, которые входят в состав микроорганизма.

Исследователи поместили несколько образцов галофильной массы в распылительную сушилку, а затем стали менять параметры сушки, «входные» данные для нейросети — температуру и интенсивность высушивающей струи, а также скорость распыления раствора. В качестве «выходной» информации служила концентрация каротиноидов в течение 4,6 и 12 месяцев после процесса. Итогом стали оптимальные параметры распылительной сушки, которые сохранили концентрацию каротиноидов на максимальном уровне и минимизировали повреждения архей.

Авторы планируют в дальнейшем провести эксперимент с использованием в качестве защитного вещества полисахариды. По словам Сергея Каленова, соавтора и  доцента кафедры биотехнологии РХТУ имени Д.И. Менделеева, галобактерии используют в качестве источника углерода только аминокислоты, а углеводы и полисахариды, не потребляемые для этих целей, могут служить протекторами при распылительной сушке. Снижение стоимости биотехнологического сырья и возможный протекторный эффект полисахаридов при распылительной сушке может дать значимый экономический эффект.

Текст: Екатерина Заикина

Halobacterium salinarum storage and rehydration after spray drying and optimization of the processes for preservation of carotenoids

Sergei V. Kalenov, Mariia G. Gordienko, Ekaterina D. Murzina, Daniil Y. Poberezhniy, Dmitry V. Baurin, Natalia E. Suzina, Alexander N. Morozov, Liubov M. Yakubovich, Alexey A. Belov, Victor I. Panfilov, Oksana V. Yarovaya, Michail M. Il’in, Vladimir V. Sorokin, Dmitry A. Skladnev

Extremophiles, , Volume 22, Issue 3, pp 511–523

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *