Информация о центре

Казахско-Японско-Китайский международный научно-исследовательский центр AlgaBioTech

Казахско-Японско-Китайский международный научно-исследовательский центр AlgaBioTech развивает исследования в области фотобиотехнологии на основе научной школы, созданной доктором биологических наук, профессором, академиком НАН РК Болатханом Казыхановичем Заяданом по направлению «Фототрофные микроорганизмы, их применение в биотехнологии и биоэнергетике».

Под руководством Б.К. Заядана в Казахском национальном университете имени аль-Фараби сформировано самостоятельное научное направление по изучению микроводорослей и цианобактерий, их биологии, экологии, физиологии, биохимии, молекулярно-генетических особенностей и биотехнологического потенциала. На базе Научно-исследовательского института проблем биологии и биотехнологии КазНУ им. аль-Фараби функционирует лаборатория фотобиотехнологии, научный задел и многолетний опыт которой стали одной из основных исследовательских платформ Центра AlgaBioTech.

Фотобиотехнология представляет собой перспективное междисциплинарное направление современной биотехнологии, объединяющее фундаментальные исследования фототрофных микроорганизмов с разработкой практических решений для медицины, экологии, сельского хозяйства, пищевой промышленности и биоэнергетики.

Цель центра

Основной целью AlgaBioTech является проведение фундаментальных и прикладных исследований фототрофных микроорганизмов и разработка на их основе инновационных, экологически безопасных биотехнологий для биоэнергетики, охраны окружающей среды, сельского хозяйства, пищевой и медицинской биотехнологии.

Особое внимание уделяется сохранению и исследованию биоразнообразия микроводорослей и цианобактерий, выделению перспективных природных штаммов, изучению их функционального и биотехнологического потенциала, а также созданию условий для трансфера научных результатов в практические технологии.

Основные задачи центра

К основным задачам AlgaBioTech относятся:

• выделение, идентификация, культивирование и сохранение перспективных штаммов микроводорослей и цианобактерий;
• изучение их морфологических, физиолого-биохимических, молекулярно-генетических и биотехнологических характеристик;
• развитие и пополнение коллекционного фонда фототрофных микроорганизмов;
• поиск штаммов-продуцентов ценных метаболитов, липидов, биологически активных соединений и молекулярного водорода;
• разработка технологий биоремедиации загрязненных водных и почвенных экосистем;
• создание методов биомониторинга и биоиндикации окружающей среды;
• разработка биопрепаратов, биоудобрений и других биотехнологических продуктов для сельского хозяйства;
• создание технологий получения биодизеля, биоводорода и других видов экологически безопасного биотоплива;
• развитие современных молекулярно-генетических, геномных, метагеномных и биоинформатических подходов к исследованию фототрофных и ассоциированных микроорганизмов;
• развитие международного научного сотрудничества, совместных проектов и академического обмена;
• подготовка молодых ученых и высококвалифицированных специалистов в области фотобиотехнологии и смежных направлений.

Основные научные направления

1. Биологически активные добавки и биопрепараты для сельского хозяйства и пищевой промышленности.

Разработка и создание кормовых биологически активных добавок, а также новых биопрепаратов с пробиотическими и антиоксидантными свойствами на основе фототрофных микроорганизмов. Исследования направлены на поиск перспективных штаммов микроводорослей и цианобактерий, способных синтезировать биологически активные соединения, и оценку возможностей их применения в сельском хозяйстве, кормовых технологиях и пищевой промышленности.

2. Биоремедиация загрязненных экосистем.

Разработка комплексных биотехнологий очистки и восстановления водных и почвенных экосистем, загрязненных органическими соединениями, ионами тяжелых металлов, нефтью и нефтепродуктами. Основой данных технологий является использование природной способности микроводорослей, цианобактерий и микробных консорциумов поглощать, трансформировать и снижать токсическое воздействие загрязняющих веществ.

Отдельным перспективным направлением является разработка альгоцианобактериальных биопленок и комплексных микробных систем для восстановления засоленных и антропогенно нарушенных почв.

3. Биомониторинг и генетический мониторинг окружающей среды.

Разработка новых методов биомониторинга экологического состояния загрязненных водных экосистем с использованием чувствительных и мутантных тест-штаммов микроводорослей. Исследования включают оценку физиологических и генетических реакций фототрофных микроорганизмов на воздействие загрязняющих факторов, а также разработку подходов к генетическому мониторингу окружающей среды с целью определения потенциальной мутагенности исследуемых объектов.

4. Агробиотехнология и биоудобрения.

Создание биопрепаратов на основе консорциумов азотфиксирующих цианобактерий для применения в качестве биоудобрений и разработки экологически безопасных агробиотехнологий. Перспективным направлением исследований является создание комплексных микробных консорциумов, включающих фототрофные микроорганизмы и ассоциированные почвенные бактерии, способствующие росту и развитию растений.

Такие разработки направлены на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур, увеличение их устойчивости к стрессовым факторам и сокращение применения химических удобрений.

5. Биодизель на основе микроводорослей и цианобактерий.

Разработка технологии получения биодизельного топлива из биомассы микроводорослей и цианобактерий, способных активно накапливать липиды. Исследования включают выделение перспективных штаммов, их молекулярно-генетическую идентификацию, скрининг продуцентов липидов, оптимизацию условий культивирования и накопления биомассы, а также определение жирнокислотного состава клеток микроводорослей и цианобактерий. Комплексный подход позволяет оценивать перспективность отдельных штаммов как потенциального сырья для производства возобновляемого биотоплива.

6. Биологически активные соединения и иммуномодуляторы.

Разработка новых биологически активных добавок и иммуномодулирующих продуктов на основе фототрофных микроорганизмов для создания отечественных пищевых, профилактических и перспективных медицинских биопрепаратов. Исследования охватывают поиск и характеристику природных биологически активных соединений микроводорослей и цианобактерий, обладающих антиоксидантными и другими функциональными свойствами.

7. Биоводород и фотобиологическая энергетика.

Выделение и идентификация активных штаммов цианобактерий, способных к образованию молекулярного водорода, в том числе из экстремальных природных экосистем. Исследования направлены на изучение физиологических, биохимических и молекулярно-генетических механизмов водородного метаболизма, оптимизацию условий культивирования перспективных штаммов и повышение эффективности процессов фотобиологического получения водорода. Данное направление рассматривает цианобактерии как перспективную биологическую платформу для преобразования солнечной энергии и создания экологически безопасных технологий производства биотоплива.

Коллекция фототрофных микроорганизмов

Одной из ключевых ресурсных основ научной деятельности AlgaBioTech является созданная под руководством Б.К. Заядана коллекция микроводорослей и цианобактерий CCMKazNU. Коллекционный фонд формировался на протяжении многих лет за счет культур, полученных из научных коллекций, а также штаммов, выделенных из различных природных экосистем Казахстана. В настоящее время коллекция включает около 50 штаммов цианобактерий и зеленых микроводорослей, относящихся к 13 родам и 25 видам. Коллекция является не только фондом сохранения биологических ресурсов, но и действующей научно-экспериментальной платформой.

Штаммы коллекции используются для фундаментальных исследований биологии и физиологии фототрофных микроорганизмов; молекулярно-генетической идентификации; скрининга продуцентов биологически активных веществ; исследований в области биоремедиации и биомониторинга; разработки биопрепаратов и биоудобрений; изучения липидного метаболизма и потенциала получения биодизеля; исследований механизмов биологического образования водорода; подготовки магистрантов, докторантов и молодых исследователей.

Коллекционный фонд постепенно расширяется за счет новых природных изолятов и других функционально значимых микроорганизмов, что позволяет переходить к исследованию более сложных микробных сообществ и созданию перспективных консорциумов.

Научные проекты

В настоящее время коллекционный фонд и научно-методическая база лаборатории и Центра используются при реализации ряда научно-исследовательских проектов:

• АР23485416 «Создание биобанка коллекции микроводорослей и цианобактерий, и изучение их биотехнологического потенциала для применения в прикладных исследованиях» (Руководитель проекта: д.б.н., профессор., академик НАН РК Заядан Б.К.;
• АР26101745 «Применение штаммов цианобактерий для есены получения органического удобрения и биостимуляторов растений в сельском хозяйстве» (руководитель Ф.К. Сарсекеева);
• АР23488028 «Разработка технологии получения и испытание альгобактериальных биопрепаратов, обеспечивающих устойчивость и повышение продуктивности сельскохозяйственных растений» (руководитель А.К. Садвакасова);
• АРAP23488308 «Изучение биотехнологического потенциала микроводорослей и цианобактерий в биодеградации пестицидов и их влияние на повышение плодородие почв» (руководитель Н.Р. Акмуханова);
• АР23485836 «Разработка технологии биоремедиации сточных вод, загрязненных нефтепродуктами на основе альго-цианобактериального консорциума для потенциального производства биотоплива» (руководитель К. Болатхан);
• АР22685516 «Получение пигментов фототрофных микроорганизмов и изучение их иммуномодулирующих свойств и антибактериальной активности» (руководитель С. Сандыбаева),
• Международный проект №202ЕО1032 «Исследование и разработка китайско-казахстанской сельскохозяйственной продукции в системе внедрения антибиотиков, изучение её адаптационной способности и применение» (руководитель Б.К. Заядан);
• АР22788030 «Получение и исследование альгоцианобактериальных биопленок для восстановления засоленных и загрязненных почв» (руководитель М.О. Бауенова);
• AP26194471 «Метагеномные и метатранскриптомные исследования экстремальных экосистем для изучения уникальных метаболических возможностей микрорганизмов в зеленых биотопливных технологиях» (руководитель А.Б. Какимова);
• АР32521343 «Разработка методов комплексной оценки загрязнённых водных экосистем с использованием микроводорослей и бактерий» (руководитель Г.А. Ахметова).

Использование коллекционных и вновь выделяемых штаммов в рамках данных проектов обеспечивает преемственность научных исследований и позволяет объединять сведения о происхождении, таксономической принадлежности и биологических свойствах культур с их функциональной характеристикой и оценкой практического потенциала. Это создает единую систему исследований — от выделения и сохранения микроорганизмов до их молекулярной характеристики, функционального скрининга и разработки конкретных биотехнологических приложений.

Международное научное сотрудничество

Международное сотрудничество является одним из ключевых направлений деятельности Казахско-Японско-Китайского международного научно-исследовательского центра AlgaBioTech. На протяжении многих лет научная школа профессора Б.К. Заядана формирует устойчивые партнерские связи с ведущими университетами, научно-исследовательскими институтами и биотехнологическими организациями Европы и Азии.

Международные связи Центра охватывают проведение совместных исследований, выполнение научных проектов, подготовку публикаций, академический обмен, научные стажировки, совместное руководство магистерскими и PhD-диссертациями, участие в международных конференциях и форумах, обмен штаммами и методическими подходами, а также внедрение современных методов фотобиотехнологии, молекулярной биологии и биоэнергетики.

Особое значение имеет то, что международное сотрудничество AlgaBioTech развивается по нескольким взаимодополняющим научным направлениям.

Одним из ключевых международных партнеров является Tokyo University of Science, Japan. Научное сотрудничество развивается с профессором Tatsuya Tomo, специалистом в области фотосинтеза, фотосинтетического электронного транспорта и молекулярной организации фотосистем. Совместное научное направление связано с изучением механизмов преобразования солнечной энергии фототрофными микроорганизмами, исследованием физиологических и молекулярных основ фотосинтеза, а также перспективами использования цианобактерий и микроводорослей для получения экологически чистых энергоносителей, в том числе биоводорода. В рамках сотрудничества развиваются научные обмены, стажировки исследователей, обсуждение совместных экспериментальных задач, подготовка публикаций и участие молодых ученых в международных исследованиях. Это партнерство имеет особое значение для биоэнергетического направления AlgaBioTech, поскольку позволяет объединить казахстанские коллекционные и природные штаммы фототрофных микроорганизмов с современными подходами к исследованию фотосинтетических процессов и молекулярных механизмов преобразования энергии.

Длительное научное сотрудничество связывает научную школу AlgaBioTech с ведущими российскими исследователями. В области молекулярной биологии и физиологии фототрофных организмов развивается взаимодействие с профессором Д.А. Лосем, Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева. Научные интересы сотрудничества включают молекулярно-генетические механизмы адаптации цианобактерий и микроводорослей, регуляцию физиологических процессов, секвенирование и применение современных методов молекулярной биологии.

Значимое место занимает сотрудничество с профессором С.И. Аллахвердиевым, известным специалистом в области фотосинтеза, фотосистем, электронного транспорта и преобразования солнечной энергии. Совместные научные интересы связаны с фундаментальными механизмами фотосинтеза и возможностью их использования при разработке новых фотобиотехнологических и биоэнергетических подходов.

Отдельное многолетнее направление связано с профессором Д.Н. Маториным, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. Сотрудничество охватывает экологическую фотобиотехнологию, биомониторинг и оценку состояния водных экосистем с использованием микроводорослей. В рамках данного направления исследовались физиологические реакции фототрофных микроорганизмов на загрязняющие факторы и возможности использования чувствительных штаммов в качестве тест-объектов для экологического мониторинга. Результаты научного сотрудничества представлены совместными исследованиями, публикациями и монографическими работами в области биомониторинга и биоремедиации водных экосистем.

Важное направление международного сотрудничества связано с ALGATECH Centre, Institute of Microbiology of the Czech Academy of Sciences, Czech Republic. Научное взаимодействие развивается, в частности, с профессором Jiří Masojídek, известным специалистом в области физиологии и биотехнологии микроводорослей, фотобиореакторных технологий и масштабного культивирования фототрофных микроорганизмов. Данное сотрудничество представляет особую ценность для развития прикладного направления AlgaBioTech: перехода от лабораторного исследования отдельных штаммов к разработке технологий контролируемого и масштабируемого культивирования микроводорослей. Совместные научные интересы включают физиологию микроводорослей, оптимизацию световых и культивационных условий, фотобиореакторные технологии, получение ценной биомассы и перспективных метаболитов, а также подготовку молодых специалистов. Научные визиты и стажировки в ALGATECH обеспечивают обмен современными экспериментальными методами и позволяют интегрировать европейский опыт промышленной альгобиотехнологии в исследования, проводимые в Казахстане.

Сотрудничество с Adam Mickiewicz University in Poznań, Poland связано с исследованиями экологического и биоремедиационного потенциала микроводорослей. В рамках взаимодействия с польскими альгологами проводились исследования способности микроводорослей к удалению и накоплению тяжелых металлов, оценивался их потенциал для восстановления загрязненных водных экосистем. Важным результатом сотрудничества стало включение молодых исследователей в международные научные проекты и подготовка диссертационных работ, что способствует развитию направления экологической фотобиотехнологии в Казахстане.

AlgaBioTech поддерживает научные связи с исследователями Yıldız Technical University и Karadeniz Technical University, Türkiye. Среди международных партнеров представлены профессор Didem Özçimen, Yıldız Technical University, и профессор Zihni Demirbağ, Karadeniz Technical University. Сотрудничество охватывает биотехнологию микроводорослей, получение ценных продуктов из биомассы, биоэнергетические направления и обмен опытом в области прикладной биотехнологии. Такие контакты способствуют развитию совместных исследований, международных публикаций, академической мобильности и расширению научной сети AlgaBioTech в регионе.

Китайское направление является одним из стратегически важных компонентов международного сотрудничества Центра. AlgaBioTech развивает научные связи с исследователями из Tianjin, China, в том числе с Huang Zhiyong и Wang Jingjing, представляющими TIB. Совместные интересы связаны с современной промышленной биотехнологией, исследованием микроорганизмов, молекулярно-генетическими подходами и перспективными биотехнологическими продуктами.

Отдельное направление сотрудничества связано с Kelun Pharmaceutical и фармацевтическим сектором Китая. Оно представляет значительный интерес с точки зрения поиска и исследования биологически активных соединений микроводорослей и цианобактерий, создания новых биопродуктов и последующего перехода от фундаментальных исследований к практическим биотехнологическим разработкам. Китайское партнерство позволяет расширять возможности Центра в области трансфера технологий, взаимодействия науки и производства и поиска перспективных путей коммерциализации биотехнологических разработок.

Научные связи AlgaBioTech представлены также сотрудничеством с американскими исследователями, в частности с профессором Barry Bruce, University of Tennessee, Knoxville, USA. Научные интересы этого направления связаны с исследованием фотосинтетических систем, преобразованием солнечной энергии и перспективами использования компонентов фотосинтетического аппарата в современных биоэнергетических технологиях. Сотрудничество с американскими исследовательскими группами расширяет фундаментальную составляющую работ AlgaBioTech и способствует интеграции исследований Центра в международное научное пространство фотосинтеза и возобновляемой энергетики.

Коллекция фототрофных микроорганизмов, природные изоляты Казахстана и накопленный опыт научной школы Б.К. Заядана создают биологическую основу исследований, в то время как сотрудничество с зарубежными партнерами расширяет доступ к современным методам молекулярной биологии, фотосинтетическим исследованиям, геномным технологиям, фотобиореакторному культивированию и промышленной биотехнологии. Особое значение международное сотрудничество имеет для подготовки молодых ученых. Участие магистрантов, PhD-докторантов и молодых исследователей в совместных проектах, научных визитах и стажировках обеспечивает передачу современных методических подходов и формирует новое поколение специалистов, способных работать в международной исследовательской среде.

Международные связи AlgaBioTech формируют устойчивую научную сеть, объединяющую Казахстан с исследовательскими центрами Японии, Китая, Чехии, Польши, России, Турции и США. Эта сеть обеспечивает развитие фундаментальной фотобиологии и фотобиотехнологии, экологической биотехнологии, биоэнергетики, молекулярно-генетических исследований и прикладных технологий на основе микроводорослей и цианобактерий.

Научные результаты и практическая значимость

Многолетняя деятельность научной школы позволила сформировать в Казахстане комплексное направление исследований фототрофных микроорганизмов — от изучения их фундаментальных биологических свойств до создания прикладных биотехнологических решений.

Получены и охарактеризованы перспективные штаммы микроводорослей и цианобактерий, сформирован коллекционный фонд CCMKazNU, разработаны подходы к биомониторингу и биоремедиации, исследованы перспективные биоудобрения и биопрепараты, определены штаммы-продуценты липидов и водорода, разработаны отдельные биологически активные и пищевые продукты.

Результаты исследований отражены в научных публикациях, монографиях, учебных изданиях, диссертационных работах и патентах, а также представлены на международных научных конференциях и форумах.

Перспективы развития AlgaBioTech

Дальнейшее развитие Центра связано с расширением исследований уникальных природных и экстремальных экосистем Казахстана, пополнением коллекции новых микроорганизмов и комплексной характеристикой их биотехнологического потенциала.

Особое значение приобретают современные геномные, метагеномные, метатранскриптомные и биоинформатические подходы, позволяющие изучать не только отдельные культивируемые штаммы, но и сложные природные микробные сообщества, выявлять новые функциональные гены и метаболические пути, перспективные для биоэнергетики, экологической и промышленной биотехнологии.

Развитие международных коллабораций, совместных проектов и подготовка молодых исследователей должны обеспечить дальнейшую интеграцию AlgaBioTech в международные научные сети.

AlgaBioTech представляет собой научно-исследовательскую платформу, объединяющую многолетний опыт казахстанской научной школы фотобиотехнологии, коллекционные биоресурсы, современные молекулярные технологии, международные научные связи и действующие исследовательские проекты. Деятельность Центра направлена на сохранение и изучение фототрофных микроорганизмов и трансформацию полученных фундаментальных знаний в практические решения для экологии, сельского хозяйства, пищевой промышленности, медицины и зеленой биоэнергетики.