 |
Российские ученые получили стабильный ферментный препарат для применения в сельском хозяйстве
Растения и животные не могут усвоить фосфор из почвы и кормов — он находится в недоступной форме. Ферментные добавки помогают, но быстро разрушаются при нагревании и теряют свои свойства. Ученые Пермского Политеха и ИЭГМ УрО РАН создали новый фермент, который работает в 1,5–2 раза дольше существующих аналогов.
Статья опубликована в журнале «Прикладная биохимия и микробиология». Исследование проведено в рамках программы «Приоритет 2030».
Среди множества минеральных элементов, используемых в сельском хозяйстве, особую роль играет фосфор. Он необходим животным, так как входит в состав костной ткани, участвует в энергетическом обмене, поддерживает работу нервной системы и процессы деления клеток. Не менее значим фосфор и для растений: он стимулирует развитие корней, ускоряет цветение и созревание плодов, повышает устойчивость к засухе и болезням.
Данный элемент уже присутствует и в почве, и в кормах для животных, но находится в биологически недоступной для них форме и не усваивается. Это приводит к тому, что животные чаще болеют, их иммунитет ослабевает, размягчаются кости, а также снижается продуктивность: куры дают меньше яиц, коровы — меньше молока. Дефицит сказывается и на растениях: они медленно растут, поздно цветут, плоды мельчают, а урожайность падает.
Чтобы высвободить этот «недоступный» фосфор, нужен особый фермент — фитаза. Это белок, который осуществляет биохимические реакции в организмах, а также расщепляет соли фитиновой кислоты, содержащиеся в зерне, семенах и кормах, делая фосфор доступным для животных и растений. Фитаза повышает усвояемость этого минерального элемента и позволяет снизить потребность в дорогостоящих добавках.
В промышленности этот фермент часто используют в свободной форме, то есть просто растворяют в жидкости. Это самый простой, однако неэффективный способ, поскольку природная форма фитазы чувствительна к внешним условиям. При нагревании, резких изменениях кислотности или даже при долгом хранении она быстро теряет свойства. В результате большая часть фермента разрушается до того, как успевает выполнить свою функцию, что делает его использование экономически невыгодным.
Другой способ — иммобилизация, то есть закрепление на твердом носителе. При таком подходе фермент становится более устойчивым к воздействию высоких температур, менее подвержен разрушению, однако традиционные методы иммобилизации, применяющиеся исследователями, часто приводят к снижению его активности (до 50–70%).
Основной проблемой при производстве кормов на основе фитаз является их разрушение под действием высоких температур. Фермент значительно снижает свою активность, из-за чего дальнейшее его использование требуется уже в больших объемах, что приводит к увеличению затрат. Еще одной сложностью является способность фитаз работать в основном в кислой среде, характерной для желудка животных. В других же отделах пищеварительной системы активность фермента падает, что приводит к снижению усвояемости фосфора организмом и также требует использования добавок в большом количестве.
В связи с этим, для сельского хозяйства очень важен такой фермент, который бы выдерживал нагревание при производстве кормов, работал в изменяющихся внешних условиях, а также сохранял свои свойства после нескольких применений.
Ученые Пермского Политеха и Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН впервые выделили фитазу из бактерий, обитающих в среде содового шламохранилища. Фермент при нагреве разрушается медленнее, сохраняет активность при разной кислотности среды и работает в 1,5–2 раза дольше по сравнению с существующими аналогами.
Исследователи использовали в качестве среды для выделения именно содовый шлам, поскольку он отличается более агрессивными условиями – высокой щелочностью и высокой концентрацией солей. Там обитают микроорганизмы, устойчивые к неблагоприятным воздействиям окружающей среды. Это позволит применять их в условиях нагрева и перепадов кислотности.
Из выделенных бактерий ученые получили фитазу. Но сам по себе природный фермент — это растворенный белок, поэтому его необходимо было закрепить на твердом носителе.
— Мы попробовали два известных способа закрепления. Первый — физический: раствор фитазы добавили в гель из альгината – вещества, извлекаемого из бурых водорослей, и далее придали ему форму, получив маленькие шарики, внутри которых находился фермент. Второй способ — химический: фермент прикрепили к поверхности гранул из хитозана – вещества, которое получают из панцирей ракообразных. Нами были выбраны именно данные материалы, поскольку их нередко используют в биотехнологии: они не токсичные, дешевые и безопасные для животных и растений, — рассказала Ксения Иванова, студентка кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ.
Однако даже при использовании известных способоы иммобилизации для каждого конкретного образца необходимо изучить влияние закрепления на твердом носителе на конечные свойства. Ученые измеряли, сколько активности сохраняется при воздействии различных температур и кислотности среды, а также при многократном ее использовании.
— Полученные образцы мы сравнили с другими фитазами, которые уже используются в сельском хозяйстве. Результаты анализа показали, что при закреплении на носителе удалось сохранить 95–97% активности. У других препаратов при иммобилизации активность падает в среднем до 50–70%. Фермент также сохранял активность в очень широком диапазоне pH — от 3 до 12. У аналогов диапазон работы уже: большинство активны только в кислой среде (pH 4–6), а при повышении pH быстро теряют активность, — поделилась Юлия Максимова, заведующая лабораторией молекулярной биотехнологии Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН.
Наиболее значимый результат связан с длительностью использования фермента. После шести циклов работы подряд закрепленная фитаза сохраняла 70% своей исходной активности. Это означает, что один и тот же препарат можно использовать многократно, что значительно снижает затраты. Для сравнения: существующие фитазы после 4–5 циклов использования сохраняют не более 50–60% активности. У некоторых аналогов этот показатель падает до 38–43%. Таким образом, разработка пермских ученых работает в 1,5–2 раза дольше, чем известные ферменты.
Полученный препарат можно использовать в кормопроизводстве, чтобы повысить усвояемость фосфора. Это позволит снизить добавление дорогих и экологически опасных минеральных добавок. Кроме того, фитазу можно вносить непосредственно в почву. Фермент высвободит связанный фосфор из органических соединений, и растения смогут его усваивать. Это снизит потребность в удобрениях и позволит сделать сельское хозяйство более экологичным.
Контактное лицо: Макарова Татьяна Андреевна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 23:41, 06.04.2026
Количество просмотров: 145
Страна: Россия
| Если исчезнут пчелы, люди будут питаться одним картофелем: ученые ПНИПУ рассказали, что важно знать о медоносных семействах, ПНИПУ, 22:49, 19.05.2026, Россия |
152 |
| 20 мая отмечается Всемирный день пчел. Ученые ПНИПУ рассказали, как человек приручил этих насекомых, почему сокращается их популяция, что, если они исчезнут, как созревает мед, существуют ли «чистые» виды этого продукта, почему он так полезен и кому нежелательно его употреблять. |
|
| Группа крови и дыхание во сне влияют на развитие гипертонии: ученая ПНИПУ объяснила, почему так происходит и как это предотвратить, ПНИПУ, 22:35, 19.05.2026, Россия |
15 |
| 17 мая отмечается Всемирный день борьбы с гипертонией. Ученая ПНИПУ рассказала, как генетика, группа крови, образ жизни, недостаток витаминов и дыхание влияют на возникновение заболевания, почему оно долго прогрессирует без симптомов и возможно ли предотвратить развитие, если у человека есть предрасположенность. |
|
| Ученые Пермского Политеха назвали 5 самых опасных ошибок при использовании кондиционера и рассказали, как их избежать, ПНИПУ, 22:33, 19.05.2026, Россия |
14 |
| Ученые Пермского Политеха рассказали, что будет, если не проветривать помещение при работе устройства, не увлажнять воздух, включать прибор на 18°C и ниже, не чистить фильтры, спать или работать под холодным потоком и как сделать так, чтобы кондиционер стал по-настоящему полезным помощником, а не врагом для здоровья. |
|
| Миф или реальность: ученый Пермского Политеха об опасности использования бесплатного Wi-Fi, ПНИПУ, 22:32, 19.05.2026, Россия |
13 |
| Бесплатный Wi-Fi в общественных местах таит куда больше угроз, чем принято считать. Поддельные точки доступа, выглядя как обычный интернет, позволяют злоумышленникам перехватывать через них логины, пароли и другую личную информацию. Ученый Пермского Политеха рассказывает, как работают атаки через фейковые сети, что скрывает домашний Wi-Fi и как можно защитить свои данные. |
|
| Ученые Пермского Политеха создали уникальную технологию производства керамики, ПНИПУ, 22:08, 19.05.2026, Россия |
30 |
| Керамика сегодня используется в самых разных областях: в машиностроении, авиастроении и других. Однако существующие технологии не позволяют регулировать прочность керамических изделий. Ученые Пермского Политеха создали уникальную технологию изготовления керамики, которая позволяет регулировать ее прочность. |
|
|
|
