Грам-отрицательные бактерии обладают потенциалом стать ключевыми участниками программ по улучшению здоровья растений и повышению урожайности. Они стимулируют рост, фиксируя атмосферный азот, синтезируя фитогормоны, растворяя фосфаты и выполняя другие важные функции. Однако их структурные особенности представляют серьезное препятствие для использования в коммерческих сельскохозяйственных продуктах.
Грам-отрицательные бактерии отличаются более тонким слоем пептидогликана и не способны образовывать споры. В отличие от спорообразующих бактерий, которые могут выживать в различных условиях, снижая метаболическую активность, грам-отрицательные виды более уязвимы к стрессовым факторам окружающей среды. Эта уязвимость существенно ограничивает их жизнеспособность при хранении, особенно в полевых условиях тропических регионов, где круглый год сохраняются высокие температуры. В результате продление срока годности препаратов на основе грам-отрицательных бактерий — это не просто техническая задача, а критически важный шаг для раскрытия их полного потенциала и масштабирования применения в устойчивом сельском хозяйстве.
Чтобы решить эту проблему, Syensqo разработала инновационный метод, адаптируемый к различным микроорганизмам и штаммам, который создает адаптивную микросреду, способствующую выживанию и долгосрочной стабильности грам-отрицательных бактерий. Этот подход основан на стратегиях клеточной защиты, сочетающих биополимер с подобранным источником питательных веществ (в приведенных примерах — DV AgRHEA® SA359).
При внесении в раствор грамотрицательных бактерий биоразлагаемый полимер модифицирует жидкую матрицу, повышая вязкость и обеспечивая реологическую структуру. Для бактерий полимер действует как защита клеток, стабилизируя состав за счет физического укрепления внешней мембраны грамотрицательных бактерий. Кроме того, сочетание полимера с подходящей органической питательной средой создает благоприятные условия, которые дополнительно поддерживают жизнеспособность микроорганизмов и стабильность продукта.
В следующих разделах описаны два возможных способа применения DV AgRHEA® SA359. Первый подход представляет собой двухэтапный процесс (Рисунок 2-а), при котором бактерии сначала культивируются в специальной питательной среде, а полученный инокулят затем вводится в DV AgRHEA® SA359. Второй подход — одноэтапный процесс (Рисунок 2-b), при котором ферментация происходит непосредственно в DV AgRHEA® SA359. В обоих случаях предполагается, что полимер оказывает защитное действие, стабилизируя клеточные стенки бактерий.
Кроме того, при сочетании биоразлагаемого полимера с подходящей органической питательной средой, как в DV AgRHEA® SA359, создаются благоприятные условия, способствующие как жизнеспособности микроорганизмов, так и физической стабильности состава в течение времени.
Влияние DV AgRHEA® SA359 на жизнеспособность грамотрицательных бактерий и срок хранения при использовании после ферментации (2-этапный подход)
Жизнеспособность Bradyrhizobium japonicum SEMIA586 в составе препарата DV AgRHEA® SA359 оценивалась в течение как минимум 300 дней. Данный раствор сравнивался с контрольным образцом — органической средой, содержащей некоторые питательные вещества, но не включающей молекулы-протекторы клеток.
На Рисунке 3 показана эффективность DV AgRHEA® SA359: в то время как контрольный состав сохраняет жизнеспособность бактерий только в течение одного месяца, DV AgRHEA® SA359 обеспечивает как выживаемость бактерий, так и стабильность срока годности продукта в течение как минимум 10 месяцев. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что полимер в сочетании с питательными веществами оказывает защитное действие, укрепляя клеточную стенку, обеспечивая физическую защиту и способствуя осмотическому балансу.
Кроме того, Bradyrhizobium japonicum демонстрирует естественные колебания количества клеток со временем. DV AgRHEA® SA359 помогает стабилизировать эти колебания, поддерживая количество колоний в стабильном и контролируемом диапазоне. Это позволяет предположить, что полимер с питательными веществами защищает бактериальные клетки, не нарушая динамику колоний, что может указывать на микробную адаптацию в составе.
Влияние DV AgRHEA® SA359 на жизнеспособность грамотрицательных бактерий при использовании во время ферментации (одноэтапный подход)
После первоначальных испытаний целью стало культивирование грамотрицательной бактерии (Bradyrhizobium japonicum) в составе DV AgRHEA® SA359, чтобы оценить, обеспечивает ли раствор дополнительные защитные преимущества без негативного влияния на механизмы роста бактерий. Для подтверждения этого исследования культивирование бактерий проводилось в присутствии DV AgRHEA® SA359.
Результаты на Рисунке 4 демонстрируют, что ферментация в среде DV AgRHEA® SA359 не оказывает негативного влияния на рост B. japonicum. Более того, инокулят на 0-й день показал более высокое количество клеток, что позволяет предположить, что DV AgRHEA® SA359 создает улучшенную микросреду, обеспечивающую защиту клеток во время ферментации. Последующие оценки жизнеспособности показали, что клетки B. japonicum оставались жизнеспособными в течение как минимум 30 дней после ферментации, даже в матрице DV AgRHEA® SA359. Хотя после 15 дней наблюдалось снижение КОЕ/мл, эта тенденция соответствовала контролю. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что DV AgRHEA® SA359 увеличивает начальный размер инокулята, защищая клетки в процессе ферментации. Однако со временем происходит естественная фаза адаптации, приводящая к постепенному снижению числа колоний, аналогичному контролю.
Дополнительные выводы можно сделать, сравнив два процесса. В первых испытаниях (Рисунок 3) акклиматизация культуры происходила примерно через 60 дней. В то же время исследования ферментации (Рисунок 4) показали признаки адаптации уже на 15-й день хранения. Это позволяет предположить, что процесс ферментации в составе DV AgRHEA® SA359 может ускорять акклиматизацию, вероятно, из-за воздействия полимера и более высокой плотности клеток. К 30-му дню колонии становятся менее чувствительными, что подтверждает гипотезу о том, что такое воздействие усиливает защиту белков и цитоплазмы, способствует осморегуляции и помогает поддерживать текучесть клеточной мембраны. Эти результаты указывают на потенциал ферментации для улучшения долгосрочной выживаемости бактерий, что требует дальнейшего изучения.
Заключение
Благодаря усилению физической защиты и питательной поддержки, DV AgRHEA® SA359 способствует увеличению срока годности Bradyrhizobium japonicum и улучшению его биологической эффективности, открывая путь для более надежного и масштабируемого использования грамотрицательных бактерий в сельском хозяйстве. Опираясь на наш микробиологический опыт, мы можем адаптировать это решение для поддержки широкого спектра микроорганизмов, что подтверждают обнадеживающие результаты, полученные с Pseudomonas fluorescens.
Помимо удовлетворения потребностей грамотрицательных организмов, Syensqo разработала комплексное предложение для биологических формуляций, способствуя переходу к более устойчивому использованию сельскохозяйственных ресурсов. Будучи уверенными в том, что формуляция имеет значение, Syensqo стремится помогать разработчикам находить оптимизированные стратегии для повышения биологической эффективности.
Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нашим специалистом, Селин Оризе (Celine Orizet), по адресу: celine.orizet@syensqo.com.
Авторы статьи:
Рафаэлла Маскарелли, Биолог и магистр клеточной биологии. Исследователь INOVA в Syensqo Paulíni
Ана Паула Бодемайер, Химик, магистр наук по коллоидам и химическим поверхностям. Руководитель лаборатории агрохимикатов (LATAM) в Syensqo.
Источник оригинала на анг. языке: AgNews.
Перевод: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
