Международный научный центр SCAMT Университета ИТМО и Кубанский государственный университет запускают проект формата citizen science «Интернет бактерий». Его цель — собрать данные о бактериях-продуцентах электроэнергии, а также о почвах, в которых они обитают. 

Пробы почвы. Источник: shutterstock.com

О проекте

«Интернет бактерий» предлагает школьникам, которые интересуются почвенной микробиологией, экологическим инжинирингом, биотехнологиями по инструкции собрать микробный топливный элемент (МТЭ), загрузить туда местный образец почвы, запрограммировать микроконтроллер, и, подключившись к интернету, передавать данные на облачный сервер, участвуя в создании глобальной карты «качества» почв России.

Школьники смогут работать с индивидуальным исследовательским набором, который будет представлять собой, своего рода, электронный конструктор с химическими реактивами для несложных опытов.

«Система будет простая и визуально понятная, никаких специальных навыков в программировании или микробиологии для участия не потребуется. Более того, мы хотим, чтобы школьник получил эти знания в процессе работы над проектом. Ребята будут устанавливать и программировать устройство, а система самостоятельно будет фиксировать и передавать данные», — пояснил выпускник кафедры генетики, микробиологии и биохимии биологического факультета КубГУ, ведущий инженер проекта Андрей Лазукин.

Результаты подобных опытов помогут составить карту качества почв страны, а также выявить перспективные сообщества бактерий, продуцирующих электроэнергию.

В рабочую группу проекта вошли: кандидат биологических наук, руководитель лаборатории микробиологии МНЦ SCAMT Университета ИТМО Елена Кошель; кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики, микробиологии и биохимии биологического факультета КубГУ Никита Волченко, выпускник кафедры генетики, микробиологии и биохимии биологического факультета  КубГУ Андрей Лазукин, кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики, микробиологии и биохимии КубГУ Андрей Самков, кандидат биологических наук, завкафедрой генетики, микробиологии и биохимии биологического факультета КубГУ Александр Худокормов, кандидат химических наук, декан факультета биотехнологий, ведущий научный сотрудник МНЦ SCAMT Университета ИТМО Михаил Курушкин, а также студенты третьего курса бакалавриата факультета биотехнологий ИТМО, студенты КубГУ.

МТЭ и электрогенез бактерий

Первые эксперименты школьников с микробными топливными элементами в рамках совместной деятельности Университета ИТМО и Кубанского госуниверситета состоялись в 2018 году в рамках Международного конкурса детских инженерных команд ISET-2018, проводимого технопарком «Кванториум» (Сколково).

Экспериментальные наборы МТЭ были разработаны специалистами КубГУ, а мероприятие прошло на площадке SCAMT, где сотрудники обоих вузов работали с проектными командами школьников. Этот опыт заложил основу для будущих совместных проектов. Первый из них состоялся в рамках зимней SCAMT Workshop Week (SWW) 2020. А на летней SWW впервые была опробована рассылка наборов для эксперимента и его дистанционное проведение. 

«После успешного зимнего воркшопа мы решили не останавливаться, а развивать глобальный совместный проект; поскольку МТЭ максимально адаптирован для использования людьми без специальных знаний, то мы подумали, что это может стать основой для citizen science-проекта. Он бы привлек в науку разных людей, в первую очередь — школьников. По факту идея зародилась после зимнего воркшопа, а летом из-за пандемии мы как раз смогли отработать проведение опытов в онлайн-формате», — рассказала кандидат биологических наук, руководитель лаборатории микробиологии МНЦ SCAMT Университета ИТМО Елена Кошель.

МТЭ для школьников — это емкость, в нижней части которой расположен анод, затем помещается слой грунта, а в верхней части — катод, контактирующий с атмосферой. Вся система выстроена так, чтобы фиксировать ток, появляющийся за счет деятельности аборигенной микрофлоры, то есть той уникальной микрофлоры, которая присутствует в образцах грунта, взятых в местах проживания гражданских ученых.

«Цель у проекта амбициозная: открыть новые сообщества бактерий, которые являются суперпродуцентами электроэнергии. Благодаря гражданским ученым по всей стране мы сможем брать пробы почв и отслеживать динамику жизни перспективных микробных сообществ. Не секрет, что микробы могут быть одним из альтернативных источников энергии, но пока известно лишь малое количество видов, которые способны делать это в достаточных для практического использования объемах. Когда мы составим большую карту, то будем понимать взаимосвязи и сможем исследовать перспективные образцы почв и новых бактерий», — добавила кандидат биологических наук, руководитель лаборатории микробиологии МНЦ SCAMT Университета ИТМО Елена Кошель.

Вся информация, которую собирают МТЭ, будет поступать на облачный сервер, где наиболее перспективные образцы будут выявлять и брать на заметку ученые ИТМО и КубГУ. С обладателями таких МТЭ будет проводиться индивидуальная работа, а  соответствующие образцы будут исследовать в лабораторных условиях.

«Оценка электрогенной активности почв, грунтов, донных осадков в различных регионах РФ может заложить научную основу для более широкого внедрения МТЭ как новых источников возобновляемой энергии, оценить биологическую активность почв по такому новому критерию, как микробный биоэлектрогенез», — отметил доцент кафедры генетики, микробиологии и биохимии биологического факультета КубГУ Никита Волченко.

Первые участники проекта

Первую партию наборов SCAMT произведет и отправит за свой счет. Речь идет о сотнях установок, которые коллектив направит в «места интереса».

«Поначалу это будет компромисс между теми почвами, в которых мы ожидаем найти перспективные микробные сообщества, и теми регионами, где расположены биологические школы, лицеи, кванториумы, с которыми мы сможем быстро наладить работу. То есть на первом этапе мы не будем рассылать МТЭ на дом. Пока это неподъемно, но такие планы есть», — рассказал кандидат химических наук, организатор проекта «Интернет бактерий» Михаил Курушкин.

Citizen Science

Citizen Science, или гражданская наука — направление, которое в России пока только развивается. Его цель ― привлечь к исследовательской деятельности людей, никак не связанных с научными институциями. Несмотря на то, что данные собирают простые жители, применяются они в серьезных и масштабных исследованиях.

«В Международный консультационный совет проекта “Интернет бактерий” мы пригласили Карен Купер (Caren Cooper), одного из пионеров и лидеров мирового движения citizen science, с которой мы периодически созваниваемся и консультируемся. Также в совет вошел Иоаннис Иеропоулос (Ioannis Ieropoulos), ученый из Великобритании, один из лидеров в области изучения, создания и применения МТЭ. Оба специалиста акцентируют внимание на том, что необходимо стирать границы между учеными и населением, нужно стремиться к открытой науке, к public outreach», — рассказал кандидат химических наук, организатор проекта «Интернет бактерий» Михаил Курушкин.

Коллектив объясняет, что для полноценного исследования необходим масштабный скрининг экотопов образцов почв, и только подход citizen science может реализовать это.

Уже запущен сайт проекта, где любой желающий сможет ознакомиться с живой картой «Интернета бактерий», узнать больше об ученых, Международном консультационном совете и организаторах, а также, в перспективе, оставить заявку на участие в исследовании.

«Нет такой большой научной группы, которая поедет в экспедицию и будет собирать образцы — это нерентабельно и утопично. Здесь только распределенная лаборатория и гражданские ученые. Только так мы приблизимся к решению наших амбициозных целей», — добавил кандидат химических наук, организатор проекта «Интернет бактерий» Михаил Курушкин. 

(источник https://news.itmo.ru/ru/science/life_science/news/9708/)