სერგი დურმიშიძის ბიოქიმიისა და ბიოტექნოლოგიის ინსტიტუტი

მიკრობული წარმოშობის ჰიდროლიზური ფერმენტების (ქსილანაზა, β-გალაქტოზიდაზა) წარმოების ეკონომიკურად მომგებიანი, ეკოლოგიური და ენერგოდამზოგავი ტექნოლოგიების შემუშავება საქართველოში ფერმენტული წარმოების შექმნის მიზნით (2024 - 2027)

პროექტი გულისხმობს ტექნოლოგიური სქემის შექმნას, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელი იქნება მიკრომიცეტების კულტივირებით რძის შრატის შემცველ არეზე β–გალაქტოზიდაზას, ხოლო ჰემიცელულაზის შემცველ არეზე ქსილანაზას აქტიური და სტაბილური ფერმენტული პრეპარატების მიღება, ამ პრეპარატების გამოყენებით რძის პროდუქტების წარმოების პროცესში წარმოქმნილი მეორეული პროდუქტის - რძის შრატის ლაქტოზის, ხოლო ჰემიცელულაზის შემცველი სუბსტრატების (ნარჩენების) ფერმენტული ჰიდროლიზი მადუღარ შაქრებამდე.

სადოქტორო კვლევა - Campylobacter spp. და Arcobacter spp. ადგილობრივი წარმოების ქათმის ნედლ ხორცში: გამოყოფა, იდენტიფიკაცია, დახასიათება და კონტროლის სტრატეგიები (2024)

წარმოდგენილი სამუშაო მიზნად ისახავდა ზოონოზური პათოგენების - Campylobacter spp. და Arcobacter spp. დეტექციას ქათმის ნედლ სარეალიზაციო ხორცში. კერძოდ, კვლევის ფარგლებში განხორციელებულ იქნა შემდეგი სამუშაოები:

1. დადგენილ იქნა სარეალიზაციო ქათმის ხრციდან გამოყოფილი Campylobacter spp. და Arcobacter spp. და მათი ანტიბიოტიკების მიმართ მგრძნობელობა.

2. ფილოგენეტიკური ანალიზის შედეგად ნაჩვენები იქნა, რომ კვლევის ფარგლებში გამოყოფილი და შესწავლილი Arcobacter-ის შტამები მიეკუთვნებიან ახალ სახეობას, რომლისთვისაც მინიჭებულ იქნა სახელი Arcobacter tbilisiensis sp. nov. ტიპური შტამები LEO 51, რეგისტრირებულია გერმანულ პროკარიოტული და ცხოველური უჯრედების ბანკში DSMZ (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures, Leibniz Institute) როგორც DSM 11590 და ბელგიურ უჯრედების კოლექციაში BCCM (Belgian Coordinated Collection of Microorganisms) როგორც LMG 33177.

3. კოინკუბაციისა და ციტოტოქსიკური ექსპერიმენტების საშუალებით ნაჩვენები იქნა, რომ Campylobacter-ის ორივე დახასიათებული სახეობა - C. jejuni და C. coli-ისევე როგორც Arcobacter-ის დახასათებული ერთი სახეობა - A. Tbilisiensis ითრგუნება პრობიოტიკ L. fermentum-თან ერთ საკვებ არეში ინკუბირეის შემდგომ. ზემოაღნიშნულმა დაკვირვებამ აჩვენა, რომ L. fermentum წარმოადგენს Campylobacter-ის და Arcobacter-ის ეფექტურ დამთრგუნველს in vitro პირობებში.

კვლევის აქტუალობა - წარმოდგენილი კვლევა საქართველოში Campylobacter spp. და Arcobacter spp. სარეალიზაციო ქათმის ხორციდან კულტივირების და მათი დახასიათების პირველი მაგალითია. ცნობილია, რომ Campylobacter spp. ძირითად რეზერვუარს სწორედ ქათმის ხორცი და ფერმის პირობებში გაზრდილი ქათამი წარმოადგენს. აღსანიშნავია, რომ აქამდე არ ყოფილა შესწავლილი საქართველოში გავრცელებულ დიარეულ დაავადებებს შორის რა ხვედრითი წილი აქვს კამპილობაქტერიოზს და Arcobacter spp.-ით გამოწვეულ ინფექციებს. თუმცა, ჩვენი კვლევის შედეგებზე დაყრდნობით, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ აღნიშნული მაჩვენებელი საკმაოდ მაღალი უნდა იყოს. აღსანიშნავია, რომ Campylobacter spp. კონტროლის აუცილებლობიდან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია ასეთი კონტროლი განხორციელდეს კომბინირებული მეთოდებით, როგორიცაა მკაცრი სანიტარული ნორმების, ბიოუსაფრთხოებისა და ბიოლოგიურად აქტიური პრობიოტიკული საკვები დანამატების ერთობლიობა.

ყოველივე ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, ბიოლოგიურად აქტიური საკვები დანამატის შექმნა და აგრარულ სფეროში უვნებელი ქათმის ხორცის წარმოება წარმოადგენს იმ აქტუალურ საკითხს, რომელიც საქართველოში ჯერ-ჯერობით გადაწყვეტილი არ არის.

კვლევის სიახლე მდგომარეობს Campylobacter spp. და Arcobacter spp. კულტივირებასა და დახასიათებაშ და ამასთანავე ამ პათოგენებზე პრობიოტიკ L. fermentum-ი დამთრგუნველი მოქმედების შესწავლაში. კვლევის მნიშვენლოვან სიახლეს წარმოადგენს A. Tbilisiensis sp. nov. ყველა შტამის გენომების სეკვენირება, რაც განხორციელდა პირველად.

ჩატარებული კვლევა მიზნად ისახავდა ქართულ ნედლ სარეალიზაციო ქათმის ხორცში Campylobacter spp. და Arcobacter spp. გავრცელების შეფასებას და ასევე, კულტივირებული შტამების ვირულენტობისა და ანტიბიოტიკების მიმართ რეზისტენტობის დახასიათებას. კვლევის შედეგად გამოვლინდა, რომ ისევე როგორც მსოფლიოს სხვა ქვეყნებში, ქართული ნედლი ქათმიდან კულტივირებული Campylobacter-ის სახეობები, როგორიცაა C. coli და C. jejuni, ხასიათდებიან ციპროფლოქსაცინისადმი მაღალი რეზისტენტობით (97% და 79%). ამასთანავე, კვლევა მიზნად ისახავდა ქათმის საკვებში ბიოლოგიურად აქტიური დანამატების გამოყენებით ქათამში Campylobacter spp. შემცველობის კონტროლს. In vitro ექსპერიმენტებში, L. fermentum-ის სპეციფიკური დამთრგუნველი აქტივობიდან გამომდინარე, მოსალოდნელია მსგავსი აქტივობის გამოვლენა in vivo პირობებშიც. აღნიშნული ვარაუდის დადასტურება მოითხოვს დამატებით კვლევებს მომავალში.

მომხმარებლის უვნებელი საკვებით მომარაგება პირდაპირ შეესაბამება მდგრადი განვითარების მე-3 მიზანს - "ჯანმრთელობა და კეთილდღეობა", რომელიც აერთიანებს რამდენიმე მნიშვნელოვან ინდიკატორს, მათ შორის ინდიკატორს 3.3, რომელიც მიზნად ისახავს 2030 წლამდე აღმოფხვრას ან მნიშვნელოვნად შეამციროს ტუბერკულოზი, ჰეპატიტი, მალარია და სხვა გადამდები და ტროპიკული დაავადებები. ასევე, უვნებლობის საკითხი მჭიდრო კაბშირშია მე-2 (შიმშილობის აღმოფხვრა) და მე-9 (ინდუსტრია, ინოვაცია და ინფრასტრუქტურები) მიზანთან. მდგრადი განვითარების მიზნების პრიორიტეტულობის შესახებ, რაც მნიშვნელოვანია 2030 წლისათვის მდგრადი მომავლის მიღწევის საქმეში, თანხმდება გარეოს ყველა წევრი ქვეყანა.

სამეცნიერო ლიტერატურის მიმოხილვა - სამეცნიერო ლიტერატურის მიმოხილვა მოიცავს სამეცნიერო პუბლიკაციებს მსოფლიოს სხვადასხვა ქვეყანაში Campylobacter spp. და Arcobacter spp. ეპიდემიოლოგიის შესახებ. მსოფლიოს ბევრ ქვეყანაში, მათ შორის ევროკავშირსა და აშშ-ში, კამპილობაქტერიოზი წარმოადგენს დიარეული სინდრომების წამყვან დაავადებას, რაც სარეალიზაციო ქათმის ხორცში Campylobacter spp. ეპიდემიოლოგიას უკავშირდება. ბოლო ათწლეულეში, ასევე, ნაჩვენები იქნა, რომ Arcobacter spp. ხვედრითი წილი საკმაოდ მომატებულია დიარეულ სინდრომებში.

ხსენებული ზოონოზი, Campylobacter spp. მსგავსად, იწვევს დიარეულ სინდრომს. Arcobacter spp. ინფიცირების შემთხვევები მსოფლიოში იმდენად გახშირდა, რომ გარეომ მას ეპიდემიოლოგიური თვალსაზრისით მაღალი რისკის პათოგენის კვალიფიკაცია მიანიჭა.

ბოლო ათწლეულში Campylobacter spp. გამოწვეულმა დიარეული დაავადებების სიხშირემ გაუსწრო Salmonela spp. და E. coli-ს შემთხვევბის სიხშირეს ევროკავშირსა და აშშ-ში. დღეისათვის შეინიშნება ადამიანებში კამპილობაქტერიოზის სამკურნალოდ გამოყენებადი ანტიბიოტიკ ერითრომიცინის მიმართ C. coli-სა და C. jejuni-ს რეზისტენტობის მზარდი ტენდენცია. ორი ათეული წლის წინ კამპილობაქტერიოზის სამკურნალოდ წარმატებით და ინტენსიურად გამოიყენებოდა ციპროფლოქსაცინი, თუმცა ბაქტერიის მიერ გამომუშავებული რეზისტენტობის გამო ეს ანტიბიოტიკი ამჟამად არ არის რეკომენდირებული. ზემოთთქმულიდან გამომდინარე, თანამედროვე მსოფლიოს როგორც განვითარებული, ასევე განვითარებადი ქვეყნების წინაშე მწვავედ დგას სარეალიზაციო ქათმის ხორცში Campylobacter spp. რაოდენობის კომპლქსური ღონისძიებების საშალებით შემცირების საკითხი. წარმოდგენილი ნაშრომის ლიტერატურის მიმოხილვის ნაწილში ყურადღება გამახვილებულია სწორედ ასეთ კომპლექსურ ღონისძიებებზე. ამ უკანასკნელის მაგალითს წარმოადგენს Campylobacter spp. გამოვლენა ფერმის პირობებში გაზრდილ წიწილებში და ყველა ინდივიდის დაინფიცირების თავიდან ასარიდებლად მათი დაყოფა კამპი-დადებით და კამპი-უარყოფით ჯგუფებად. ამ ღონისძიებათაგან უმნიშვნელოვანესია მკაცრი სანიტარული ნორმები, სუფთა წყალი (დაბინძურებული წყალი წარმოადგენს Campylobacter spp. გავრცელების ერთ-ერთ მნიშვნელოვან ფაქტორს) და აქტიური საკვები დანამატები. სადისერტაციო კვლევის ფარგლებში რძემჟავა L. fermentum-მა გამოვალინა Campylobacter-ის მაღალი ეფექტურობით ინჰიბირება, რამაც ამ პრობიოტიკის აქტიურ საკვებ დანამატად გამოყენების პოტენციალი აჩვენა. ასევე, L. fermentum-მა მოახდინა ადამიანის ნაწილავის ეპითელიუმის CaCo-2 უჯრედების პროტექცია Campylobacter spp.-ით ინფიცირებისგან in vitro პირობებშ. ეს მიანიშნებს იმაზე, რომ ინჰიბირება დიდი ალბათობით წარმატებით განმეორდება in vivo პირობებშიც.

ლიტერატურის მიმოხილვაში, ასევე განხილულია მეცნიერთა სხვადასხვა ჯგუფების მიერ Lactobacillus spp. და სხვა პრობიოტიკების გამოყენებით ჩატარებული კვლევები. ჩვენ ექსპერიმენტებში გამოვრიცხეთ pH ფაქტორი სპეციალური კომბინირებული საკვები არის გამოყენებით. შესაბამისად, C. jejuni და C. coli-ის დათრგუნვა მოხდა ბაქტერიოცინის გამომუშავების მექანიზმით, რაც უფრო სპეციფიკური და ეფექტური მექანიზმია მსგავსი პროცესების განსახორციელებლად in vivo. აღნიშნული მიდგომა მნიშვნელოვანია იმდენად, რამდენადაც ლიტერატურული მონაცემების თანახმად, in vitro ექსპერიმენტებში რძემჟავა ბაქტერიების უმრავლესობას აქვს უნარი დათრგუნოს Campylobacter spp. და სხვა გრამ-უარყოფითი პათოგენები, რაც გამომდინარეობს ამ ბაქტერიების მიერ ორგანული მჟავების-რძემჟავისა და ძმარმჟავის-პროდუცირებიდან. საკვებ არეში გამოყოფილი ორგანული მჟავები, აკუმულაციის გამო და დაბალი pH-ის წარმოქმნის შედეგად, თრგუნავენ სხვადასხვა პათოგენებს. ცნობილია, რომ in vivo პირობებში pH რეგულირდება ორგანიზმის ჰომეოსტაზით. ქათმის ნაწილავის pH შეადგენს 5,5-ს, რაც არ წარმოადგენს რაიმე პრობლემას Campylobacter spp.-ისთვის. ჯერჯერობით დადგენილი არ არის, რამდენად ეფექტური იქნება Campylobacter spp.-ზე მხოლოდ pH-დამოკიდებული მექანიზმის მეშვეობით მოქმედი რძემჟავა ბაქტერიების გამოყენება. აღსანიშნავია, რომ გარდა ანტიპათოგენური ზემოქმედებისა, Lactobacillus spp. ასევე ავლენენ სხვა სასარგებლო თვისებებს, როგორიცაა, მაგალითად, ცხოველის იმუნური სისტემის მოდულაცია.

კვლევის მეთოდები - კვლევის ძირითადი ობიექტი: ქართული სარეალიზაციო ქათმის ხორციდან კულტივირებული Campylobacter spp. და Arcobacter spp. სხვადასხვა შტამი. კვლევისათვის აუცილებელი რძემჟავაბაქტერიის 37 სხვადასხვა სახეობის შტამი მოწოდებულ იქნა გ. ელიავას სახელობის ბაქტერიოფაგის, მიკრობიოლოგიისა და ვირუსოლოგიის ინსტიტუტის მიერ. L. plantarum-ის 10 შტამი მოგვაწოდა საქართველოს აგრარული უნივერსიტეტის სერგი დურმიშიძის ბიოქიმიისა და ბიოტექნოლოგიის ინსტიტუტის პროკარიოტებისა და საფუვრების ლაბორატორიამ. ჩვენ მიერ სხვადასხვა წყაროდან (მაგ. მწნილებიდან - L. plantarum-ი, ხაჭოდან L. casei და ა.შ.) გამოყოფილ იქნა რძემჟავაბაქტერიის 5 სხვადსხვა სახეობა, მათ შორის L. fermentum-ი.  ექსპერიმენტებისათვის შევარჩიეთ C. jejuni და C. coli-ს და A. Tbilisiensis-ის შტამები. ქათმის ხორცის ნიმუშებიდან Campylobacter spp.-ისა და Arcobacter spp.-ის კულტივირება განხორციელდა სტანდარტული მეთოდით CCDA აგარის გამოყენებითა და მასში ანტიბიოტიკების დამატებით. ხშირ შემთხვევაში საჭირო იყო ნიმუშების პრე-ინკუბაცია ბოლტონის საკვებ არეში.

რძემჟავაბაქტერიების კულტივირება განხორციელდა MRS აგარის გამოყენებით.

რძემჟავაბაქტერიებისა და Campylobacter spp.-ის კოინკუბაცია შესაძლებელი გახდა ჩვენ მიერ შემუშავებული ინოვაციური მიდგომით, რომელიც გულსიხმობდა კომბინირებულად M17 და MH საკვები არეების გამოყენებას (25%/75%) საკვებ არეში ნეიტრალური pH-ის შესანარჩუნებლად.

Campylobacter-ის და Arcobacter-ის სახეობების დასადგენად გამოყენებულ იქნა MALDI-TOF მასური სპექტრომეტრია.

ანტიბიოტიკოგრამა გაკეთდა შემდეგი ანტიბიოტიკების გამოყენებით (Oxoid): kanamycin (30), penicillin G (10), ciprofloxacine (5), erythromycin (15), gentamicin (30), chloramphenicol (30), ampicillin (10), streptomycin (25).

Campylobacter-ის და Arcobacter-ის სხვადასხვა შტამების გენომების სექვენირება ჩატარებულ იქნა Illumina MiSeq-ის და Oxford Nanopore პლატფორმებით.

ციტოტოქსიკურობის განსაზღვრისათვის გამოყენებულ იქნა Roche/Sigma Aldrich WSTI რეაქტივი, რომელიც ციტოტოქსიკურობის ეფექტს ავლენს უჯრედებში ტეტრაზოლიუმ მარილის გახლეჩვით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება მოწითალო-მოყავისფრო შეფერილობის ნივთიერება. ტეტრაზოლიუმის გახლეჩვის უნარი აქვთ მხოლოდ მეტაბოლურად აქტიურ უჯრედებს, შესაბამისად ასეთი აქტიურობა არ ექნებათ დაზიანებულ უჯრედებს. ინკუბაციის შემდგომ, მიკროპლანშეტზე, სადაც მოთავსებულია უკრედები Campylobacter/Arcobacter-თან ერთად და მის გარეშე. დაიტანება WSTI რეაქტივი 10 მკლ-ის ოდენობით. 30 წუთიდან - 2 საათამდე ინკუბაციის შემდგომ რეაქცია იზომება სპექტროფოტომეტრის საშალებით და ხდება ციტოტოკსიკურობის ოდენობის კალკულაცია ნეგატიური კონტროლის და ფონის (background) შთანთქმური ღირებულებების გათვალისწინებით.

ექსპერიმენტული ნაწილი მოიცავდა 4 ეტაპს. კერძოდ:

1. პირველი ეტაპი Campylobacter spp. კულტივაცია ნედლი ქათმის ხორციდან. ამ ეტაპზე მნიშვნელოვანი იყო ნიმუშის პრე-ინკუბაცია, შესაბამისი ფორმისა და შეფერილობის მქონე კოლონიების დეტექცია და შეღებვა Campylobacter spp.-თვის დამახასიათებელი მორფოლოგიის დასადგენად.

2. მეორე ეტაპი - კულტივირებული Campylobacter spp. შტამების კოიკუბაცია რძემჟავაბაქტერიებთან და რძემჟავაბაქტერიების იმ შტამების განსაზღვრა, რომლებიც თრგუნავებ Campylobacter spp. in vitro პირობებში. ამ ეტაპზე, ასევე ვახდენდით რძემჟავაბაქტერიების ახალი შტამების გამოყოფას.

3. მესამე ეტაპი - გამოყოფილი Campylobacter-ის და Arcobacter-ის შტამების სახეობების დადგენა მასური სპექტრომეტრიის საშალებით, მათი ანტიბიოტიკების მიმართ მგრძნობელობის დადგენა.

4. მეოთხე ეტაპი ყველა A. tbilisiensis შტამის (n=19) სექვენირება და მონაცემების დამუშავება. შედეგების სტატისტიკური დამუშავებისათვის გამოყენებულ იქნა პროგრამა JASP (Version 0.16.3)

შედეგები
1. ნაჩვენები იქნა, რომ ქათმის ხორციდან კულტივირებული 93 შტამი შეიცავს Campylobacter-ის ორ და Arcobacter-ის ერთ სახეობას. კერძოდ:

- C. jejuni, 39 შტამი

- C. coli, 35 შტამი

- A. tbilisiensis, 19 შტამი.

2. ანტიბიოტიკების მგრძნობელობის მეთოდით ნაჩვენები იქნა, რომ Campylobacter spp. ყველა შტამი არის პენიცილინისადმი რეზისტენტული, ხოლო ციპროფლოქსაცინისადმი რეზისტეტნულია C. coli-ს 97% და C. jejuni-ს 79%, რაც ორივე შემთხვევაში მაღალი რეზისტეტნობის მაჩვენებელია. ასევე, მაღალი რეზისტენტობა გამოავლინდა ტეტრაციკლინისადმი. ამ ანტიბიოტიკისადმი რეზისტენტულია C. coli-ს 51%, ხოლო C. jejuni-ს 28%.

3. ნაჩვენები იქნა, რომ A. tbilisiensis 22% რეზისტენტულია ტეტრაციკლინის მიმართ, 44% ავლენს რეზისტენტულობას ამპიცილინის მიმართ, ხოლო პენიცილინის მიმართ რეზისტენტულია A. tbilisiensis-ის ყველა შტამი.

4. Campylobacter-ისა და Lactobacilli-ს კო-ინკუბაცია M17/MH საკვებ არეში (C-broth) მიმდინარეობს საკვები არის ნეიტრალური pH-ის შენარჩუნებით.

5. გამოვლინდა, რომ L. fermentum აინჰიბირებს Campylobacter-ის ორივე სახეობას (C. jejuni და C. coli) in vitro 24 საათის განმავლობაში კოინკუბაციის შემდეგ. უარყოფითი კონტროლისა და სხვა ლაქტობაცილებთან კოინკუბაციის ნიმუშებისგან განსხვავებით შეუძლებელი ხდება Campylobacter spp. ამოთესვა სპეციფიურ აგარზე (CCDA).

6. ციტოტოკსიკურობის WSTI მეთოდის გამოყენებით ნაჩვენები იქნა, რომ როგორც Campylobacter-ის, ასევე Arcobacter-ის სხვადასხვა შტამი (115, 99,38, 104, 105 და 106) უარყოფითად მოქმედებს ადამიანის ნაწლავის ეპითელურ უჯრედებზე (CaCo-2) in vitro პირობებში. ციტოტოქსიკურობა მერყეობს 52-83%-მდე.

7. ციტოტოქსიკურობის WSTI მეთოდით, ასევე ნაჩვენებია, რომ L. fermentum-ის თანდასწრებით, ზემოთხსენებული შტამები ვეღარ ახერხებენ CaCo-2 უჯრედების დაზიანებას. მაშასადამე, ციტოტოკსიკურობა ან საერთოდ არ აღინიშნება, ან მისი მაჩვენებელი უმნიშვნელოა.

მიღებული შედეგები ცხადყოფს, რომ Campylobacter-ის ორი სახეობა C. jejuni და C. coli, მაღალი სიხშირით არის გავრცელებული ადგილობრივი წარმოების ქათმის ნედლ ხორცში. კოინკუბაციის და შემდგომი in vivo კვლევების შედეგებზე დაყრდნობით, დიდი ალბათობით შესაძლებელი გახდება ლაქტობაცილებისგან შემდგარი უსაფრთხო კოქტეილის შემუშავება. ხსენებული კოქტეილის საშუალებით კი სავარაუდოდ ბროილერების ნაწლავებში და, შესაბამისად, ტან-ხორცზე Campylobacter spp.-ის ხვედრითი წილი შემცირება.

წარმოდგენილი ნაშრომი მიმოიხილავს კომპლექსური ზომების საშუალებით Campylobacter spp. კონტროლის შესაძლებლობას. აღნიშნულ კომპელქსურ ზომებში შედის როგორც ფერმის პირობების გაუმჯობესება ფრინველებისათვის, ასევე ბიოკონტროლი, პერიოდული Campylobacter spp. ტესტირება და კონტროლი ფრინველებისათვის სუფთა წყლის მიწოდება და ასევე პრობიოტიკული საკვები დანამატი, რომელიც ხელს შუეწყობს Campylobacter spp.-ის რაოდენობის შემცირებას.

ჩვენ მიერ ჩატარებული ექსპერიმენტული კვლევების საფუძველზე შემუშავებულია Campylobacter-ის დათრგუნვის სტრატეგია in vitro. სამომავლო კვლევის მიზანს შეადგენს აღნიშნული სტრატეგიის გამოცდა in vivo სისტემაში.

სადისერტაციო კვლევის ფარგლებში მიღებული შედეგები მნიშვნელოვანი და საინტერესოა არა მხოლოდ სამეცნიერო, არამედ კომერციული თვალსაზრისითაც. კერძოდ, დაგეგმილია L. fermentum-ის მიერ Campylobacter-ის დათრგუნვის შესაძლო ტექნოლოგიად ჩამოყალიბების პილოტური ტესტირება, შემუშავებული ბიოტექნოლოგიისა და სამეცნიერო იდეების პატენტირება და საბოლოო ჯამში დაინტერესებული ორგანიზაციებისთვის კონკრეტული კომერციული რეკომენდაციების გავრცელება.

მიღებული შედეგები მნიშვნელოვანი წვლილის შემტანი იქნება კომპლექსური პრობიოტიკული პრეპარატის შემუშავებისათვის, რაც, თავის მხრივ, პრობიოტიკული ბაქტერიული შტამების მიერ Campylobacter-ის ბაქტერიოცინული მექანიზმით დათრგუნვას დაეფუძნება. აღნიშნული ტიპის ბიოპრეპარატები არა მხოლოდ უსაფრთხოა ფრინველებისათვის, არამედ მათ შეუძლიათ მოახდინონ კომპლექსური გავლენა ფრინველის იმუნურ სისტემაზე, კერძოდ მათ უნარზე მეტად ეფექტურად ებრძოლონ სხვადასხვა ბაქტერიულ პათოგენს.

დისერტაციის ფარგლებში ჩატარებულ კვლევას აქვს სამომავლო განვითარების პერსპექტივა, რაც შესაძლებელია მოიცავდეს პრობიოტიკული შტამის მიერ პროდუცირებული ბაქტერიოცინის გამოყოფასა და ბიოქიმიურ დახასიათებას, Campylobacter-ის შტამების გამოყენებას in vivo ექსპერიმენტებში. ასევე, შემდგომ ეტაპზე სასურველია იმ პირობების დადგენა, რომელშიც ბაქტერიოცინი პროდუცირდება მაქსიმალური რაოდენობით. გამოყოფილი და გასუფთავებული ბაქტერიოცინის, როგორც დამოუკიდებელი პროდუქტის, გამოყენება შესაძლებელია ნედლი ქათმის ტან-ხორცზე. მსგავსი პროდუქტები დაშვებულია მხოლოდ აშშ-ს წამლებისა და საკვების სააგენტოს (The US FDA) მიერ ხორცში სხვადასხვა პათოგენის (მაგ. Listeria, Salmonella spp.) კონტროლისთვის. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ პათოგენების უსაფრთხო კონტროლის მექანიზმების შემუშავება ახალი ტექნოლოგიების განვითარებასაც გულისხმობს. SAFS-ის სადოქტორო კვლევის ფარგლებში გამოქვეყნებულია სამი სტატია.

სადოქტორო კვლევა - ახალი სპეციფიკური პროტეოლიზური ფერმენტების მიღება და მათი გამოყენება რძის პროდუქტების საგემოვნო თვისებების გაუმჯობესების მიზნით (2024)

ბიოაქტიური კომპონენტებით და ფუნქციური ინგრედიენტებით გამდიდრებულ საკვებზე მოსახლეობის გაზრდილი მოთხოვნებიდან გამომდინარე, განსაკუთრებულ აქტუალობას იძენს რზიდან ახალი, ფუნქციური პროდუქტების წარმოების ტექნოლოგიების შემუშავება. ამ ტიპის პროდუქტების პოტენციალი დღეს განიხილება, როგორც გლობალური ბაზარის განვითარების მრავალწლიანი და მდგრადი პერსპექტივა. ექსპერტების მონაცემებით, უახლოეს მომავალში აუცილებლად ვიხილავთ რძიდან დამზადებულ უამრავ, ახალ ფუნქციურ პროდუქტს, რომელიც განკუთვნილი იქნება მომხმარებელთა ფართო ჯგუფებისთვის. აღნიშნულ პრობლემას ეხება წინამდებარე სადოქტორო კვლევა, რომლის შედეგად მოიძებნა ახალი ტიპის ფერმენტი პროტეაზა, რომელიც რძეზე ზემოქმედების შედეგად იძლევა განსხვავებული ტიპის პროდუქტს, მიღებული პროდუქტი ხასიათდება ხაჭოს მსგავსი ფაქტურით და ცხიმთან ასოცირებული საგემოვნო თვისებებით.

კვებისთვის გამოუსადეგარი რძის პროდუქტებიდან გამოყოფილია მიკროსკოპული სოკოების კულტურები, კუტლურალურ-მორფოლოგიური თვისებების შესწავლის საფუძველზე განხორციელებული იდენტიფიკაციის შედეგად გამოყოფილი ასკომიცეტები მიეკუთვნება Scopularipsis, Penicillium, Mucor, Fusarium-ისა და Geotrichum-ის გვარებს.

სიღრმული ფერმენტაციის პირობებში გამოყოფილ კულტურებს შორის ჩატარებულია სკრინინგი, გამოვლენილია პროტეაზას სამი პროდუცენტი: Mucor spp. 2-3, Penicillium candidum 5-1 და Penicillium camemberti 7-3. შერჩეული შტამების ფიზიოლოგიურ-ბიოქიმიური მახასიათებლების შესწავლით დადგენილია ნახშირბადის, აზოტისა და ფოსფორის საუკეთესო წყაროები. შერჩეულია ბუნებრივ სუბსტრატის შემადგენლობასთან მაქსიმალურად მიახლოებული საკვები არე - ლაქტოზას, კაზეინის და კალიუმის ფოსფატის შემცველობით. ნახშირბადის, აზოტის და ფოსფორის საუკეთესო წყაროების შერჩევის პროცესში, პროტეაზის პროდუცენტებს შორის გამოვლენილია მიკროსკოპული სოკო - Penicillium candidum 5-1, რომელიც მაქსიმალური პროტეაზური აქტივობით გამოირჩეოდა, რის გამოც შემდგომი კვლევისთვის აღნიშნული შტამი იქნა შერჩეული თანმიმდევრულად განხორციელებული ექსპერიმენტების შედეგად, Penicillium candidum 5-1-is საკვები არისა და კულტივირების პირობების ოპტიმიზაციის საფუძველზე შერჩეული შტამის პროტეაზური აქტივობა საწყისთან შედარებით 62,3%-ით არის გაზრდილი.

საწარმოო შტამისადმი კვების მრეწველობის მიერ წაყენებული მოთხოვნებიდან გამომდინარე, შტამი - Penicillium candidum 5-1 ექსპრეს-ტესტ მეთოდით, შემოწმებულია ტოქსიკურობაზე. აღნიშული სახეობის სხვა წარმომადგენლების მსგავსად, არც შერჩეული შტამი აღმოჩნდა ტოქსიკური, რაც იძლეოდა საშალებას დაწყებულიყო კვლევები რძის ახალი პროდუქტის მიღების მიმართულებით.

პროტეაზას ტექნიკური პრეპარატის მისაღებად გამოყენებულ იქნა ოპტიმალურ საკვებ არეზე და ოპტიმალურ პირობებში კულტივირებული Penicillium candidum 5-1-ის კულტურალური სითხე. ყველაზე მაღალი პროტეაზური აქტივობა 60%-იანი ამონიუმის სულფატის გაჯერებით დალექილ ფერმენტულ ფრაქციას აღმოაჩნდა.

ძალზედ საინტერესო ფაქტი გამოვლინდა პრეპარატით რძეზე ზემოქმედების შედეგად: ხანმოკლე შედედების შემდეგ რძს აჭრას ჰქონდა ადგილი. აქედან გამომდინარე, შემდგომი კვლევისთის ზემოთაღნიშნული ფრაქცია შევარჩიეთ. ექსპერიმენტის მომდევნო ეტაპი ტექნიკური პრეპარატის შემდგომ გაწმენდას და გაწმენდილი ფერმენტის თვისებების შესწავლას დაეთმო, რაც წარმოადგენდა სამუშაოს მთავრ ლეიტმოტივს, რომლის მიზანიც იყო მოგვეძებნა და აგვეხსნა ახალი ტიპის პროტეაზის რძის აჭრის უნარი, რაც გვაძლევდა რძიდან ახალი პროდუქტის მიღების საშუალებას.

იონცვლადი ქრომოტოგრაფიი ტექნიკური პრეპარატიდან მინარევების სრული მოცილება გახდა შესაძლებელი, ხოლო ელექტროფორეზის საფუძველზე განისაზღვრა ფერმენტის მოლეკულური მასა, რომელიც შეადგენდა 18 kDa-ს. დადგინდა ფერმენტული პრეპარატის მოქმედების ტემერატურული (35-40°C) და pH (6.5) ოტპიმუმები. ელექტროფორეზით მიღებულმა სურათმა ცხადად წარმოაჩინა ფერმენტის სპეციფიკურობა. კერძოდ, კაზეინების სუბერთეულებზე ზემოქმედების შედეგად მიღებულმა ფერმენტმა სუბსტრატს მოაშორა ჰიდროფილური ფრაგმენტები და ვერ მოახერხა თავისი სპეციფიკურობიდან გამომდინარე მისი დაბალმოლეკულური, ჰიდროფობული ნაწილის ჰიდროლიზი. მნიშვნელოვანია, რომ გაწმენდილი ფერმენტისგან მიღებული პროდუქტი იყო განსხვავებული ფაქტურის. განსაკუთრებით უნდა აღინიშნოს, რომ ამ ფერმენტით აჭრის უცხიმო რძით დამზადებულ მასას გააჩნდა რძის ცხიმთან ასოცირებული საგემოვნო თვისება. აღნიშული ფაქტი მიუთითებს მიღებული ფერმენტის სპეციფიკურ ზემოქმედებას კაზეინზე.

კვლევის დასასრულს, გაწმენდილი ფერმენტული პრეპარატით რძეზე ზემოქმედების შედეგად მიღებულია ხაჭოს მსგავსი, ცხიმთან ასოცირებული გემოვნებითი თვისებების პროდუქტი, რომელიც ტექსტურით ხაჭოს მსგავსია.

სპეციფიკური პროტეაზას გამოყენებით დამზადებულმა პროდუქტმა, სტანდარტით გათვალისწინებული კვლევითი ეტაპების დასრულების შემდეგ, სავსებით რეალურია, შეავსოს რძის ინდუსტრიის ფუნქციური სურსათის სია.

დარიშხანით დაბინძურებული წყალი: გასუფთავების ბუნებრივი ტექნოლოგია წყლის მაკროფიტის (ლემნა - Lemna spp.) და ლურჯ-მწვანე წყალმცენარის (სპირულინა - Arthrospira (Spirulina) platensis) გამოყენებით (2023 - 2024)

პროექტის მიზანია ახალი მეთოდოლოგიური მიდგომების შემუშავება დარიშხანის სხვადასხვა ფორმებით - As(III) (არსენიტ-იონის სახით) და As(V) (არსენატ-იონის სახით) დაბინძურებული წყლის გასუფთავებისათვის, რომლებშიც გამოყენებული იქნება წყლის მცენარე ლემნას Lemna spp. და ლურჯ-მწვანე წყალმცენარე ართროსპირას (სპირულინას) (Arthrospira (Spirulina) platensis) უნარი, შეითვისონ ფართო სპექტრის ქიმიური დამბინძურებლები.

პროექტის მიზნის მისაღწევად დასახულია მცენარეების კულტივაციის პირობებში დარიშხანის სხვადასხვა ფორმების რაოდენობის განსაზღვრის ექსპრეს-მეთოდების შემუშავება; დარიშხანის სხვადასხვა ფორმების გავლენის შესწავლა ართროსპირას და ლემნას ფიზიოლოგიურ და ბიოქიმიურ მახასიათებლებზე;. ართროსპირას და ლემნას მიერ დარიშხანის შეთვისების უნარის შეფასება ფიტო(კო)რემედიაციულ ტექნოლოგიებში მათი გამოყენების მიზნით.

ბუნებრივი პოლისაქარიდების საფუძველზე უსაფრთხო, ბიოდეგრადირებადი, უნივერსალური, ბიონანოკომპოზიტური ახალი თაობის მიკროსასუქების შემუშავება, მომავლის სოფლის მეურნეობის განვითარების მიზნით (2023 - 2024)

პროექტი ეხება ბუნებრივი პოლისაქარიდების საფუძველზე უსაფრთხო, ბიოდეგრადირებადი, უნივერსალური, ბიონანოკომპოზიტების გამოცდას ნიადაგის მიკროფლორაზე. პროექტის ფარგლებში მოხდება ბუნებრივ ბიოლოგიურად აქტიურ პოლისაქარიდებზე დაფუძნებული მანგანუმის შემცველი მრავალფუნქციური ნანოკომპოზიტების ყოვლისმომცველი ინტერდისციპლინური კვლევის ჩატარება. ლითონის შემცველი ნანომასალების თვისებები განისაზღვრება მრავალი ფაქტორით, მათ შორის ნაწილაკების ურთიერთქმედება გარემომცველ მატრიქსთან და მეზობელ ნაწილაკებთან. თავის მხრივ, ნანოსისტემების ბიოლოგიური აქტივობა მოიცავს გარემოსთან მათი ურთიერთქმედების, კერძოდ, მაგნიტური თვისებების ან ანტიოქსიდანტური აქტივობის შესწავლას, აგრეთვე ცოცხალი მატერიის ზემოქმედებას. მიღებული ნანომასალების ბიოლოგიური კვლევები გულისხმობს მცენარის ქსოვილებში იონების მიგრაციის კონტროლის თანამედროვე მეთოდების გამოყენებას (პარამაგნიტური ნაწილაკების ურთიერთქმედება გარემოსთან, იონების სიმეტრიის ან დაჟანგვის მდგომარეობის ცვლილება), მათ შორის, ზრდის სტიმულირების შესწავლას. მცენარის ბიომასა, ზრდის სტრესის წინააღმდეგობას და აუმჯობესებს მცენარის ორგანიზმის დამცავ ფუნქციებს კონტროლთან შედარებით. ასევე უმნიშვნელოვანეს ამოცანებს შორის არის კომპოზიტების ანტიბაქტერიული ეფექტის შეფასება ფიტოპათოგენური ბაქტერიის Clavibacter sepedonicus-ის და მისი ბაქტერიული ბიოფილმების წარმოქმნის და მათი უსაფრთხოების შეფასება ნიადაგის ბუნებრივი მიკროფლორის წარმომადგენლებისთვის. ასევე მნიშვნელოვანია მიკროსასუქად გამოყენებული მიღებული ნანოკომპოზიტების სტრუქტურული ცვლილებებისა და თვისებების დაცვა, ყველა მიღწევით აუცილებელია ახალი მასალების კონტროლის მაღალი სტანდარტების დაცვა.

სადოქტორო კვლევა - პრობიოტიკური შემადგენლობის შემუშავება ვაშლის წვენის წარმოებისთვის (2023)

პრობიუტიკური საკვები პროდუქტების უმეტესობა დაფუძნებულია რძის ნაწარმზე. თუმცა, ზოგიერთ ადამიანს, მათ შორის ბავშვებს, რძის შაქრის - ლაქტოზის აუტანლობა ახასიათებს. პრობიოტიკებით გამდიდრებული ხილის წვენები წარმოადგენს რძის პროდუქტების კარგ ალტერნატივას, ვინაიდან არის ლაქტოზია და ქოლესტერინისგან თავისუფალი.

სადისერტაციო ნაშრომის ძირითად მიზანს წარმოადგენდა საქართველოში გავრცელებული ვაშლის ადგილობრივი და ინტროდუცირებული ჯიშებიდან გამოყოფილი პრობიოტიკური რძემჟავა ბაქტერიებით გამდიდრებული ვაშლის წვენის დამზადების ბიოტექნოლოგიის შემუშავება. სხვადასხვა ჯიშის ვაშლის ნაყოფებიდან გამოიყო რძემჟავა ბაქტერიების 120 იზოლატი. მათი მორფო-ფიზიოლოგიური და ბიოქიმიური მახასიათებლების შესწავლის შედეგად შეირჩა 4 შტამი (Lactiplantibacillus (Lpb.) plantarum 52, Lactiplantibacillus plantarum 53, Lactiplantibacillus plantarum 74 და Lactiplantibacillus plantarum 76), რომლებიც იდენტიფიცირებულ იქნა გერმანიაში MALDI-TOF მასური სპექტრომეტრით და 16S rDNA სექვენირებით. შესწავლილ იქნა ოთხივე შტამის პრობიოტიკური თვისებები, ყველა მათგანი ხასიათდებოდა pH 2.0-ზე ზრდის უნარით, ნაღვლის მარილების მიმართ ტოლერანტობით. Lactiplantibacillus plantarum 74 რეზისტენტული იყო ციპროფლოქსაცინის, გენტამიცინის, ნეომიცინისა და სტრეპტომიცინის მიმართ, Lactiplantibacillus plantarum 76 - ოქსიტეტრაციკლინის, ციპროფლოქსაცინის, გენტამიცინისა და სტრეპტომიცინის მიმართ, Lactiplantibacillus plantarum 52, Lactiplantibacillus plantarum 53 და Lactiplantibacillus plantarum 74 მგრძნობიარენი აღმოჩნდნენ ოქსიტეტრაციკლინის, ტეტრაციკლინის, ერითრომიცინისა და რიფამპიცინის მიმართ. ვაშლის ნაყოფიდან გამოყოფილ ოთხ შტამს შორის ანტიმიკრობული აქტივობის შესწავლამ აჩვენა, რომ Salmonella enterica ATCC 14028-ს ზრდა დათრგუნა Lactiplantibacillus plantarum 52-მა. Streptococcus pyogenes ATCC 21059-ის შემთხვევაში Lpb. plantrum 52 და Lpb. plantarum 76 გამოირჩეოდა ამ უნარით, Proteus mirabilis ATCC 12453-ს, Shigella flexneri ATTC 12022-სა და Escherichia coli ATCC 25922-ის მიმართ ინჰიბიტორული აქტივობა აღენიშნებოდა Lpb. plantarum 76 შტამს. შესწავლილი პრობიოტიკური თვისებების საფუძველზე, ვაშლის წვენების ფერმენტაციისთვის შერჩეულ იქნა სამი საუკეთესო (კომპლემენტარული) თვისებეის მქონე შტამის კონსორციუმი Lpb. plantarum 52, Lpb. plantarum 74 და Lpb. plantarum 76. ვაშლის წვენში, ჩათესვის მომენტში, უჯრედების სიცოცხლისუნარიანობა შეადგენდა 7.0±0.2 lg კწე/მლ-ს. თერმოსტატში 37°C-ზე 48 სთ-იანი ფერმენტაციის შემდეგ დაფიქსირდა მატება 9.3±0.2 lg კწე/მლ-მდე. მაცივარში შენახვიდან მე-12 კვირას მიაღწია 8.6±0.2 lg კწე/მლ-მდე. აღსანიშნავია, რომ წვენის pH შეიცვალა ამ პერიოდის განმავლობაში და შემცირდა 3.65±0.2-დან 3.55±0.02-მდე. ჯამური ფენოლების შემცველობა 194.4±9.7 მგ GAE /ლ-დან მე-12 კვირას გაიზარდა 304.0±15.2 მგ GAE /ლ-მდე. რაც შეეხება ანტიოქსიდანტურ აქტივობას, 139.9±6.9 მგ AAE /ლ-დან შემცირდა 118.5±5.9 მგ AAE /ლ-მდე.

ვაშლიდან გამოყოფილი პრობიოტიკური თვისებების მქონე რძემჟავა ბაქტერიების შერჩეული კონსორციუმის საფუძველზე შესაძლებელია დამზადდეს პრობიოტიკური წვენები, რომლებიც დააკმაყოფილებს გასტროენტეროლოგიის მსოფლიო ორგანიზაციის (World Gastroenterology Organization) მოთხოვნებს.

ხილის მიკრობიოტაზე დაფუძნებული პრობიოტიკული სტარტერების შექმნა ფერმენტირებული ფუნქციური წვენების მისაღებად (2022 - 2025)

პროექტი ითვალისწინებს ხილიდან, როგორც სუბსტრატებიდან, სასარგებლო მიკროორგანიზმების გამოყოფას, გასუფთავებას, მოლეკულურ იდენტიფიკაციას და სხვადასხვა პარამეტრზე დაყრდნობით მათ პრობიოტიკებად მიკუთვნებას. გამოვლენილი მიკროორგანიზმების საფუძველზე შეირჩევა სტარტერული კულტურების კომბინაციები, შემუშავდება რეკომენდაციები მათი პრობიოტიკულ წვენებში გამოყენების მიზნით.

მცენარეული  სუბსტანცია მელილოტის შემცველი, ახალი ფსევდოპროტეინული კომპოზიცია (მყარი მალამო)  პლასტიკური ქირურგიის და კოსმეტიკური პროცედურების არასასურველი შედეგების პრევენციისათვის (2022 - 2024)

პროექტის მიზანს წარმოადგენს საქართველოს მცენარეებიდან (Melilotus officinalis L., Juglans regia L., Trifolium praténse L., Chelidonium majus L., Maclura pomifera (Raf.) C.K.Schneid.) მიღებული სუბსტანცია „მელილოტისა“ და ქართული წარმოების პროდუქტის - ფსევდოპროტეინის საფუძველზე ახალი პრეპარატის - ე.წ. მყარი მალამოს შექმნა. მალამოს საწყის ფორმა იქნება აეროზოლური (სპრეი), რომლის დატანა მოხერხებული იქნება პლასტიკური ოპერაციის/კოსმეტიკური მანიპულაციების შემდეგ ნებისმიერი ტოპოლოგიის კანის უბანზე, ნაწიბურის, ლაქების და სხვა გართულებების პრევენციისათვის, კოსმეტიკური პროცედურების ეფექტის ასამაღლებად. ფსევდოპროტეინი ქართული, ინოვაციური ბიოთავსებადი და ბიოდეგრადირებადი პოლიმერია, სინთეზირებული ბუნებრივი α-ამინომჟავების საფუძველზე. ფსევდოპროტეინებს - ცილების (პროტეინების) ბიომიმეტიკებს გააჩნიათ პროტეინების ყველა დადებითი თვისება (მაღალი ქსოვილური თავსებადობა, დაშლისას ამინომჟავებით უჯრედების მომარაგება), მაგრამ აქვთ ის უპირატესობა, რომ არ ახასითებთ იმუნოგენურობა და ცხოველიდან ინფექციის გადატანის რისკი, რამეთუ მასალა სინთეზური წამოშობისაა. პლასტიკური ოპერაციის შემდეგ ეს საშუალება ხელს შეუწყობს უხილავი (ესთეტიკური) “კოსმეტიკური” ნაწიბურის ჩამოყალიბებას, დაიცავს ორგანიზმს ნორმატროფული, ატროფული, ჰიპერტროფული, კელოიდური ნაწიბურის, ყავისფერი, წითელი ლაქების წარმოქმნისაგან და შეხორცების პროცესში ქავილისაგან, დააჩქარებს შეხორცების პროცესს. პრეპარატი პერსპექტული იქნება აგრეთვე ნაწიბურების ქირურგიული მკურნალობისას.

ბიოლოგიურ ინსტრუმენტებზე დაფუძნებული ჩამდინარე წყლების გამწმენდი ტექნოლოგიური ხაზის შექმნა (2022 - 2024)

წარმოდგენილი კვლევის მიზანია, ბიოლოგიური ინსტრუმენტების - ლურჯ-მწვანე წყალმცენარე სპირულინას (Arthrospira platensis) და მიკრობული წარმოშობის ზედაპირულად აქტიური ნაერთების - ტრეგალოზა ლიპიდების პრეპარატის გამოყენებით მძიმე მეტალებით (Cu, Mn, As) დაბინძურებული ჩამდინარე წყლების გასუფთავების ეფექტური ტექნოლოგიის შემუშავება და პილოტური გამოცდა. პროექტის განხორციელდებისას მოდელურ ცდებში მოხდება სპირულინას მიერ სამიზნე მეტალთა იონების შეთვისების დინამიკის შესწავლა; შემუშავებული ტექნოლოგიის პილოტური გამოცდა დაბინძურებული წყლის სწრაფი და ეფექტური გასუფთავების ტექნოლოგიის რეგლამენტის შემუშვება.

ახალი სპეციფიკური პროტეოლიტიკური ფერმენტების მიღება და მათი გამოყენებით რძის პროდუქტების გემოვნებითი თვისებების გაუმჯობესება (2022 - 2024)

პროექტის მიზანს წარმოადგენდა რძის ამჭრელი ფერმენტების -პროდუცენტი შტამების იდენტიფიკაცია, პროტეაზას ფერმენტული პრეპარატის მიღება, მათი ფიზიკო–ქიმიური მახასიათებლების შესწავლა. შესწავლილი პარამეტრების საფუძველზე სამრეწველო ტექნოლოგიური პირობების შერჩევა და სავარაუდო ტექნოლოგიური სქემის შემუშავება, როგორც ახალი პროდუქტის მისაღებად, ასევე მისი გამოყენება როგორც დანამატი ფართო ასორტიმენტის რძის პროდუქტების დასამზადებლად.

ეკოლოგიურად უსაფრთხო ტექნოლოგია წყლიდან მძიმე მეტალების მოსაშორებლად Arthrospira (Spirulina) platensis-ისა და ბიოსურფაქტანტების გამოყენებით (2022 - 2023)

პროექტის მიზანია მძიმე მეტალებით - სპილენძითა და ტყვიით დაბინძურებული წყლის გაწმენდა იაფი მეთოდით, რაც ასევე იქნება ეკოლოგიურად სუფთა.

პროექტი ფოკუსირებულია  ტყვიით და სპილენძით დაბინძურებული წყლის გაწმენდის ახალი მიდგომის ჩარჩოზე, წყალმცენარე Spirulina platensis-ის ეკოლოგიური პოტენციალის,  ბიოლოგიური წარმოშობის ბიოსურფაქტანტების და ზედაპირული აქტივობის მქონე მეტალთა ხელატორების კომბინირებულ მოქმედებაზე.

პროექტის ფარგლებში განხორციელდება სპირულინას მაქსიმალურ ბიომასის მიღების ოპტიმალური პირობების შემუშავება; სპირულინას მიერ Cu²⁺ და Pb²⁺ იონების შთანთქმის დინამიკის შესწავლა; კომპლექსონებისა და ბიოსურფაქტანტების გავლენის კვლევა სპირულინას მიერ მძიმე მეტალების შთანთქმაზე; სპილენძისა და ტყვიის იონებით დაბინძურებული წყლის რემედიაციის ტექნოლოგიური რეგლამენტირება Arthrospira Platensis-ის, ბიოსურფაქტანტებისა და მემბრანული ფილტრაციის გამოყენებით.

ინგლისურ-ქართული და ქართულ-ინგლისური ტერმინოლოგიური განმარტებითი ლექსიკონი ქიმიაში (2022 - 2023)

ქიმიის ტერმინოლოგიის ინგლისურ-ქართული და ქართულ-ინგლისური განმარტებითი ონლაინლექსიკონი შეიქმნა ქიმიის ახალი ტერმინების შემუშავებაზე, ცნებების, კანონებისა და განმარტებების სწორი და საერთაშორისო მასშტაბით აღიარებაზე პასუხისმგებელი საერთაშორისო ორგანიზაციის IUPAC მუდმივმოქმედი კომისიის მიერ შემოთავაზებული რეკომენდაციებისა და წინადადებების საფუძველზე, კერძოდ, წარმოდგენილი ლექსიკონი დაემყარა ე.წ. „ოქროს წიგნში“ (Compendium of Chemical Terminology. Gold Book, IUPAC, 2014, Version 2.3.3. შესულ ტერმინოლოგიას. ონლაინ ლექსიკონის შემუშავებისას განხორციელდა არსებული ტერმინების რედაქტირება და სინქრონიზაცია საერთაშორისო ტერმინებთან, ტერმინების კორექტირება ინგლისური ფონეტიკური სისტემის ტრანსლიტერაცია-ტრანსკრიფციის დადგენილი ნორმების მიხედვით, ახალი ტერმინების დანერგვა და დამკვიდრება, ტერმინოლოგიაში პარალელიზმისა და სინონიმების დაძლევა და ა.შ. ლექსიკონი ასახავს 5000-ზე მეტ ტერმინს მათი განმარტებებით. ლექსიკონი განთავსებულია ვებ-მისამართზე: https://www.chemistry.ge/dictionary/

შეიქმნას გვარი, Dibbivirus, რომელიც შეიცავს სამ სახეობას Myoviridae-ს ოჯახისგან (2020 - 2024)

დურმიშიძის ბიოქიმიისა და ბიოტექნოლოგიის ინსტიტუტში გამოყოფილია პომიდვრის ბაქტერიული სილაქავის გამომწვევი Xanthomonas vesicatoria სპეციფიკური ბაქტერიოფაგები Xanthomonas phage vB_XveM. ამ ბაქტერიული ვირუსის მთლიანი გენომის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის შესწავლის და გენომის ანოტირების შედეგად აღმოჩნდა, რომ ფაგის გენომი უნიკალური და ყველა ცნობილი ვირუსისაგან განსხვავებულია. ორჯაჭვიანი 49850 ფუძე წყვილის დნმ-ში გაშიფრულია ყველა 81 გენი და შექმნილია გენეტიკური რუკა. ვირუსის მონაცემები განთავსებულია აშშ მთავრობის ოფიციალურ ვებ გვერდზე - ჯანმრთელობის ეროვნული ინსტიტუტი (National Institute of Health), ბიოტექნოლოგიური ინფორმაციის ეროვნული ცენტრი (National Center for Biotechnology Information), NC_017981.1 (Sadunishvili T., Gaganidze D., Kropinski A.M., Lingohr E.J., Ghudumidze N., Kvesitadze G. (2012) Xanthomonas phage vB_Xve_DIBB, complete genome. Accesion NC_017981.1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NC_017981). 2020 წელს ლიტვაში Pantoea agglomerans შტამების საწინაარმდეგო ორი მონათესავე ფაგის გამოყოფის შემდეგ, ავტორების: თინათინ სადუნიშვილი, გიორგი კვესიტაძე (საქართველოს მეცნიერებათა ეროვნული აკადემია, სერგი დურმიშიძის ბიოქიმიისა და ბიოტექნოლოგიის ინსტიტუტი), ა. კროპინსკი (გელფის უნივერსიტეტი, კანადა), ე. ანდრიაენსენს, ლ. ტრუნკაიტე და ე. სიმოლიანასი (ლიტვის სამეცნიერო ცენტრები) მიერ 2021 წელს ვირუსების ტაქსონომიის საერთაშორისო კომიტეტში (ICTV-International Committee on Taxonomy of Viruses) შეტანილ იქნა ერთობლივი განაცხადი, რომ ტაქსონომიური არასრულყოფილების გამო შეიქმნას ვირუსების ახალი გვარი: Taxonomic Proposal. Code assigned 2020.046B. Sadunishvili T., Kvesitadze G., Kropinski AM., Adriaenssens EM., Truncaitė L., Šimoliūnas E. To create a genus, Dibbivirus, containing three species in the family Myoviridae. რამდენიმე წლის განმავლობაში ქართული იზოლატი Xanthomonas ფაგი vB_XveM_DBBI იყო გენომიური გამონაკლისი. ლიტვაში პანტოას ორი მონათესავე ფაგის გამოყოფის შემდეგ, შეთავაზებულია გვარი, რომელიც მოიცავს სამ სახეობას. ახალ გვარში სახეობების დემარკაციის კრიტერიუმად განსაზღვრულ იქნა დნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის 95%-იანი იდენტურობა. 2024 წლის აპრილში ვირუსების საერთაშორისო კომიტეტმა შემოიღო ახალი გვარი, რომელსაც პირველაღმოჩენილი ფაგის პრიორიტეტის აღიარებით, ეწოდა Dibbivirus, რომელიც მომდინარეობს ინსტიტუტიდან - დურმიშიძის ბიოქიმიისა და ბიოტექნოლოგიის ინსტიტუტი (Durmishidze Institute of Biochemistry and Biotechnology), სადაც გამოყოფილი იქნა პირველი ასეთი ვირუსი (https://ictv.global/taxonomy). შესაბამისად, სამივე (ქართული და ორი ლიტვური) ბაქტერიული ვირუსი ატარებს გვარს Dibbivirus: Dibbivirus DIBBI, Dibivirus AAM37 და Dibbivirus PSKM.

ექსტრემოფილური მიკროორგანიზმების ფერმენტებით აგრო-ინდუსტრიული მცენარეული ნარჩენებიდან გლუკოზის მიღების  ინოვაციური და კონკურენტუნარიანი  ტექნოლოგიის შემუშავება (2020 - 2023)

მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადი, მაღალ აქტიური ექსტრემოფილური ცელულაზური ფერმენტების შერჩევა და ბიოლოგიურად წინასწარ დამუშავებული სუბსტრატების მაქხიმალური ჰიდროლიზი გლუკოზამდე. ალტერნატიული, იაფფასიანი, მცირენარჩენიანი და მაღალპროდუქტიული ინოვაციური ტექნოლოგიის შემუშავება ექსტრემოფილური სოკოების აქტიური, სტაბილური ფერმენტებით აგრო-ინდუსტრიული მცენარეული ნარჩენებიდან გლუკოზის მისაღებად.

სწრაფი და გამანადგურებელი ხეხილის ბაქტერიული სიდამწვრე საქართველოში, გამომწვევი აგენტის Erwinia amylovora და მისი სპეციფიკური ბაქტერიოფაგის გამოყოფა და შესწავლა (2020 - 2023)

ხეხილის დაავადებებს შორის  თავისი მავნეობით ხეხილის ბაქტერიული სიდამწვრე გამოირჩევა, რომელიც ვარდისებრთა ოჯახში შემავალ 180-მდე მცენარეს აზიანებს. ხეხილის ბაქტერიული სიდამწვრე მცხეთაში გამოჩენისთანავე სწრაფად გავრცელდა აღმოსავლეთ საქართველოს ყველაზე აღმოსავლეთ რაიონამდე კახეთში და დასავლეთ საქართველოშიც - იმერეთი.

პროექტის მიზანია: აღმოსავლეთ საქართველოში ხეხილის ბაქტერიული სიდამწვრის გავრცელების შესწავლა, გამომწვევი ბაქტერია Erwinia amylovora-ს გამოვლენა და დახასიათება, მიკრობ-ანტაგონისტების შერჩევა.

შესწავლილ იქნა საქართველოში ხეხილის (ვაშლი, მსხალი, კომში) ბაქტერიული სიდამწვრის გავრცელება. გამოყოფილი იქნა დაავადების გამომწვევი ბაქტერიების 48 შტამი და Erwinia amylovora იდენტიფიცირებულ იქნა პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციით. შესწავლილ იქნა იზოლატების კულტურალურ-ბიოქიმიური თვისებები, ანტიბიოტიკებისადმი მგრძნობელობა და ანტაგონისტური საპროფიტული ბაქტერიებით მათი შესაძლო კონტროლის შესაძლებლობა. შესწავლილია პათოგენების  გენოტიპური მრავალფეროვნება და გამოვლენილია სრულიად ახალი გენოტიპი. მიმდინარეობს Erwinia amylovora რამოდენიმე იზოლატის სრული გენომის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის დადგენა.

ბაქტერიული სიდამწვრის (Erwinia amylovora) გავრცელება, დახასიათება და კონტროლი: ხეხილის ბაღების ახალი გამანადგურებელი დაავადება საქართველოში (2020 - 2023)

პროექტის მიზანია აღმოსავლეთ საქართველოში ხეხილის ბაქტერიული სიდამწვრის გავრცელების შესწავლა, გამომწვევი ბაქტერია Erwinia amylovora-ს გამოვლენა და დახასიათება, მიკრობ-ანტაგონისტების შერჩევა. საქართველოში ბაქტერიული სიდამწვრის გავრცელების და გამომწვევი პათოგენის შესასწავლად 2020-2022 წლებში ჩატარდა კვლევები აღმოსავლეთ საქართველოს ოთხი რეგიონის - მცხეთა-მთიანეთი, შიდა ქართლი, ქვემო ქართლი, კახეთი - შემდეგი მუნიციპალიტეტების სოფლების ხეხილის ბაღებში: მცხეთა (ქსოვრისი, მუხრანი, ახალდაბა, მისაქციელი, კარსანი) გორი (ფხვენისი, კარალეთი, ტირძნისი, მერეთი, მეჯვრისხევი, ახრისი, ხელთუბანი, ძევერა), ქარელი (კეხიჯვარი, თათანაანთუბანი, ხელთუბანი, აბანო, ბრეთი, ურბნისი), ხაშური (გომი, ოსიაური, ახალშენი, სატივე, ვაყა, სავანისუბანი), მარნეული (ყაჩაღანი, შულავერი, წერეთლი, სადახლო), საგარეჯო (ბადიაური, ხაშმი, ნინოწმინდა, პატარძეული), გურჯაანი (კაჭრეთი, ბაკურციხე, არაშენდა, მუკუზანი), სიღნაღი (ბოდბისხევი, ანაგა, ჯუგაანი, მაღარო, ნუკრიანი, ტიბაანი) და ლაგოდეხი (ჭაბუკიანი, ანანაური). შეგროვილი 169-დან დაავადება დადასტურდა Ea AgriStrip-ით და პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცით (პჯრ) პრაიმერების წყვილის A/B გამოყენებით ვაშლის, მსხლისა და კომშის 35 ნიმუშში. ბაქტერიული სიდამწვრე ყველაზე მეტად გავრცელებულია შიდა ქართლში, ხოლო ყველაზე მეტად დაავდებული ხეხილის სახეობაა ვაშლი. შედგენილია საქართველოში დაფიქსირებული ბაქტერიული სიდამწვრის გავრცელების რუკა. სულ 55 იზოლატი იქნა გამოყოფილი და იდენტიფიცირებული პჯრ-ით პრაიმერების წყვილის G1-F/G2-R გამოყენებით, როგორც Erwinia amylovora. amylovora-ს კოლონიები NSA არეზე ჩნდება 24 სთ-ში და არის მოთეთრო, წრიული, გუმბათოვანი, გლუვი და 48 საათის შემდეგ მუკოიდური. ბაქტერიული კოლონიები, რომლებიც მორფოლოგიურად E. amylovora-ს მსგავსია გასუფთავდა King's B არეზე. ამ არეზე კოლონიები არის ლორწოვანი, კრემისებრი თეთრი, წრიული, არაფლუორესცენტული ულტრაიისფერი გამოსხივების ქვეშ 366 ნმ-ზე. მორფოლოგიურად ტიპიური E. amylovora იზოლატები ხასიათდება ფენოტიპური ცვალებადობით, რაც ვლინდება ესკულინის ჰიდროლიზის და გარკვეული შაქრებისა და პოლიოლების შეთვისების უნარში, როგორიცაა გალაქტოზა, მალტოზა, ქსილოზა, სორბიტოლი და მანიტოლი. E. amylovora ძლიერ ვარიაბელური CRISPR უბნების პჯრ და სექვენირებით გამოკვლევით ნაჩვენები, იქნა რომ ყველა იზოლატი CRR1 უბნის მიხედვით ხასიათდება სპეისერის 1029 დუპლიკაციით, ხოლო CRR2 უბნის მიხედვით გამოვლენილ იქნა სამი განსხვავებული გენოტიპის მქონე ჯგუფი: გენოტიპი (A, a, α), რომელიც მიეკუთვნება CRISPR ჯგუფს 1 და ორი სრულიად ახალი გენოტიპი, რომლებიც არ ყოფილა/არ არის აღწერილი არსად. გენოტიპები, რომელთაც ეწოდა (A, z, α) და (A, ä, α), განსხვავდება CRISPR ჯგუფი 1-სგან შესაბამისად სამი და ერთი სპეისერის დელეციით CRR2-ის ლიდერ-პროქსიმალური უბნის მახლობლად. პროექტის ფარგლებში გამოქვეყნებულია 3 სტატია რეიტინგულ იმფაქტ ფაქტორიან ჟურნალებში. პროექტის შედეგები წარმოდგენილია მცენარეთა პათოგენური ბაქტერიების საერთაშორისო კონფერენციებზე; გ გამოცემულია ბროშურა: „ხეხილის ბაქტერიული სიდამწვრე და მისი გამომწვევი პათოგენი. დაავადების აღმოჩენა და მასთან ბრძოლის სტრატეგიები“. თავისუფალი და აგრარული უნივერსიტეტების გამომცემლობა. 2023 წ. 38 გვ.

დიაგნოსტიკური და რემედიაციული ბიოტექნოლოგიების შემუშავება საქართველოში დარიშხანით დაბინძურებული გარემოს გასუფთავებისათვის (2020 - 2021)

პროექტის მიზანს წარმოადგენდა საქართველოში დარიშხანით დაბინძურებული ნიადაგის და წყლის გასუფთავების ბიოტექნოლოგიის საფუძვლების შექმნა, რომელიც დაფუძნებული იქნებოდა სპეციალურად შექმნილი დიაგნოსტიკური დნმ-ჩიპისა და შერჩეული მცენარეებისა და მიკროორგანიზმების გამოყენებაზე.

პროექტის განხორციელების შედეგად შექმნილია დნმ-ბიოჩიპი, რომლის საშუალებითაც დადგინდა დაბინძურებულ ნიადაგებში მიკროორგანიზმთა დომინანტური შტამები, რომლებიც დარიშხანის შემცველი ტოქსიკური ნაერთების მიმართ მაღალ მდგრადობას ამჟღავნებს. აღნიშნული მიკროორგანიზმების ბიოქიმიური თვისებების  შესწავლის საფუძველზე გადაირჩა ის შტამები, რომლებსაც დარიშხანის შემცველი ნაერთების ჟანგვა-აღდგენის უნარი გააჩნიათ.

დადგენილია, რომ დარიშხანის სხვადასხვა ფორმების მიმართ მცენარის მდგრადობა მნიშვნელოვნადაა დამოკიდებული ფერმენტების პეროქსიდაზისა და გლუტათიონ S-ტრანსფერაზის აქტივობაზე. მოდელური ცდებით ნაჩვენებია, რომ ეს მიკროორგანიზმები ხელს უწყობს დაბინძურებულ ნიადაგზე ზრდისას გვიმრისა და მზესუმზირის მიერ დარიშხანის შეთვისებას, რაც  ფიტორემედიაციული ტექნოლოგიის შემუშავების საშუალებას იძლევა. ასევე ნაჩვენებია, რომ წყალმცენარე სპირულინას ფიტორემედიაციული პოტენციალი საშუალებას იძლევა შემუშავდეს დარიშხანით დაბინძურებული წყლის გასუფთავების ტექნოლოგია.

სადოქტორო კვლევა - სპილენძითა და ტყვიით დაბინძურებული წყლის გაწმენდის ეფექტური მეთოდის შემუშავება ლურჯ-მწვანე წყალმცენარის Spirulina platensis და ბიოსურფაქტანტების გამოყენებით (2020)

წარმოდგენილი სამუშაო ფოკუსირებულია სპლინეძითა და ტყვიით დაბინძურებული წყლის გაწმენდის ახალი მიდგომების შემუშავებაზე და დაფუძნებულია ლურჯ-მწვანე წყალმცენარე Spirulina platensis ეკოლოგიური პოტენციალის და მახელატირებელი აგენტების - ბიოსურფაქტანტების კომბინირებულ გამოყენებაზე.

კვლევის აქტუალურობა - წყლის სისტემების დაბინძურება მძიმე მეტალებით წარმოადგენს ერთ-ერთ ძირითად პრობლემას მრავალი ქვეყნისთვის და მათ შორის, საქართველოსთვისაც. დაბინძურების მთავარი წყარო კი ჩამდინარე წყლებია. უწყვეტი დაბინძურება განაპირობებს მეტალთა აკუმულაციას ცოცხალ სისტემებში და ადამიანის კვებით ჯაჭვში მოხვედრისას იწვევენ ჯანმრთელობის სერიოზულ პრობლემებს. წყლის გასუფთავების მეთოდები ძვირია და თან ყოველთვის არ არის ეკოლოგიურად უსაფრთხო. სწორედ ამიტომ, მძიმე მეტალებისგან წყლის გაწმენდის ალტერნატიული მეთოდების შემუშავება, რომელიც იქნება იაფი და ამავე დროს, დაფუძნებული გარემოსთვის უსაფრთხო, ბიოლოგიური ობიექტების გამოყენებაზე, ძალზე აქტუალურია.

ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, ქიმიური დამაბინძურებლებისგან ჩამდინარე წყლების გაწმენდის ეფექტური მეთოდის შემუშავება და აგრარულ სფეროში უვნებელი წყლის გამოყენების შესაძლებლობა არის თანამედროვეობის აქტუალური საკითხი.

კვლევის სიახლე მდგომარეობს სპილენძისა და ტყვიის იონებით დაბინძურებული წყლის გასაწმენდად Spirulina platensis და ბიოსურფაქტანტების კომბინირებულ გამოყენებაში, აღნიშნული ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეს რემედიაციული პოტენციალის გასაძლიერებლად. ჩემს მიერ ჩატარებული კვლევები წარმოადგენს სიახლეს და არასოდეს ყოფილა გამოკვლეული.

წარმოდგენილი ნაშრომი მიზნად ისახავს შეაფასოს S pirulina platensis – ის რემედიაციული შესაძლებლობები და გააძლიეროს მის მიერ მეტალთა შეთვისების პროცესი დამატებითი ფაქტორების გამოყენებით. ჩემი მიზანია გავაუმჯობესო სპირულინას მიერ მძიმე მეტალების ბიოსორბცია ნაკლებ დროში. შედეგად მიღებული სუფთა წყალი ემსახურება მდგრადი სოფლის მეურნეობისა და აგრარული სფეროს განვითარების მიზნებს.

სუფთა წყლით მომარაგება პირდაპირ პასუხობს მდგრადი განვითარების 17 მიზნიდან მე-6 მიზანს - „სუფთა წყალი და სანიტარია“, რომელიც აერთიანებს ხუთ მნიშვნელოვან ინდიკატორს: 6.1 საყოველთაო ხელმისაწვდომობა სანიტარიასა და ჰიგიენაზე; 6.2 წყლის გამოყენების ეფექტურობის გაზრდა ყველა სექტორში; 6.3 წყალთან დაკავშირებული ეკოსისტემის დაცვა და შენარჩუნება; 6.4 წყლის ხარისხის გაუმჯობესება და დაბინძურების შემცირება; 6.5 სასმელი წყლის საყოველთაო ხელმისაწვდომობა. ასევე მჭიდრო კავშირშია მიზნებთან: მე-3 (ჯანმრთელობა და კეთილდღეობა), მე-11 (მდგრადი ქალაქები და დასახლებები), მე-12 (მდგრადი მოხმარება და წარმოება), მე-14 (წყლის ბინადრები) და მე-15 (დედამიწის ეკოსისტემები). მდგრადი განვითარების მიზნების პრიორიტეტულობაზე თანხმდება გაეროს ყველა წევრი ქვეყანა უკეთესი და უფრო მდგრადი მომავლის მისაღწევად 2030 წლისთვის.

სამუშაოს მთავარი ამოცანა - ისეთი ბიოსურფაქტანტის შერჩევა, რომელიც გააძლიერებს სპირულინას რემედიაციულ პოტენციალს, ასევე, სამიზნე დამაბინძურებლების იმ კონცენტრაციის პოვნა, რომელზეც სპირულინას ფიზიოლოგიური პარამეტრები შენარჩუნებული იქნებოდა.

სამეცნიერო ლიტერატურის მიმოხილვა - მოიცავს გარემოს დაბინძურების პრობლემის აქტუალობას, წყლის რესურსების დაბინძურების მიზეზებს, წყალში მძიმე მეტალების მოხვედრის გზებს, ინფორმაციას ფიტორმედიაციული მიდგომის უპირატესობებისა და შეზღუდვების შესახებ, სპირულინას ეკოლოგიური პოტენციალის შესახებ მომუშავე მეცნიერთა ნაშრომებისა და შედეგების შესახებ. ინფორმაციას ქიმიურ და ბიოლოგიურ ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებების და მათი თვისებებზე.

ბოლო 25 წელია აქტიურად მიმდინარეობს სპირულინას რემედიაციული უნარების გამოყენებაზე მუშაობა წყლის დასუფთავების მიზნით მსოფლიოს სხვადასხვა ქვეყანებში. მეცნიერებმა გამოიკვლიეს სხვადასხვა მეთოდი სპირულინას ბიორემედიაციული უნარების გასაუმჯობესებლად.

ლიტერატურულ მიმოხილვაში ყურადღება გამახვილებულია უახლეს მიღწევებზე სპირულინას რემედეაციული პოტენციალის გასაუმჯობესებლად. წარმოდგენილია ლიტერატურული წყაროები სპირულინაზე ნახშირწყლების დამატების შესახებ, მის მიერ აბსორბციული ლითონების რაოდენობის გაზრდის მიზნით (Markou et al. 2015). ასევე, შესწავლილ იქნა მშრალი და ნედლი სპირულინას მიერ მეტალთა შეთვისების უნარი ცალ-ცალკე და დადგინდა, რომ მშრალი ბიომასა უფრო ინტენსიურად ასუფთავებს მძიმე მეტალებით დაბინძურებულ წყალს, ვიდრე ნედლი (Al-Homaidan et al. 2014). თუმცა, ორივე კვლევაში დაფიქსირებული ზრდის მაჩვენებელი არ აღემატება 5%-ს. ჩემს მიერ ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგად კი სპირულინას მიერ აბსორბირებული სპილენძის რაოდენობა ტრეგალოზა ლიპიდის დამატების შედეგად გაიზარდა 73% -ით.

მეთოდოლოგია

კვლევის ძირითადი ობიექტი - ლურჯ-მწვანე წყალმცენარე Spirulina platensis;

კვლევის დამხმარე ობიექტი - ბიოსურფაქტანტები (რამნოლიპიდ1, რამნოლიპიდ2, ტრეგალოზალი).

დასაკვირვებლად შეირჩა ორი მძიმე მეტალისგან (სპილენძი და ტყვია) დაბინძურებული წყალი. კვლევები ჩატარდა ლაბორატორიულ პირობებში -დურმიშიძის სახელობის ბიოლოგიური ჟანგვის ლაბორატორიაში და აგრარული უნივერსიტეტის რემედიაციის ორანჟერეაში.

კვლევის მეთოდები - გრავიმეტრული, სპექტროფოტომეტრული, ატომურ-აბსორბციული სპექტროფოტომეტრული და ულტრასტრუქტურული.

მეტალთა რაოდენობრივი განსაზღვრა რემედიაციული პროცესის დინამიკაში ხდებოდა ორი მეთოდით - საინკუბაციო არეში ისაზღვრებოდა მეტალთა რაოდენობა სპექტრალურად, ხოლო სპირულინას ბიომასაში შეღწეული მეტალის კონცენტრაცია ისაზღვრებოდა ატომ-ადსორბციულ სპექტროფოტომეტრზე. გარდა აღნიშნულისა კვლევის საწყის ეტაპზე სპირულინას უჯრედებში მეტალთა განსაზღვრისთვის გამოიყენებოდა ულტრასტრუქტურული კვლევის ელექტრონული მიკროსკოპიის მეთოდი.

ექსპერიმენტული ნაწილი მოიცავს 4 ძირითად ეტაპს:
პირველი ეტაპი - ეძღვნება სპირულინას კულტივაციას დიდი წარმადობით და ამისთვის შესაბამისი საკვები არეს შერჩევას. მძიმე მეტალების გავლენის შესწავლას სპირულინას ფიზიოლოგიურ აქტივობაზე (ბიომასისა და ქლოროფილის წარმოქმნაზე), სპილენძისა და ტყვიის იონების სამუშაო კონცენტრაციის იდენტიფიკაციას შემდგომი ექსპერიმენტებისთვის.

მეორე ეტაპი - მოიცავს სპირულინას მიერ სპილენძის იონების შეთვისების დინამიკის შესწავლას მოდელურ ცდებში, სადაც გამოყენებულია სპილენძის იონებით ხელოვნურად დაბინძურებული წყალი.

სპირულინას უჯრედებში სპილენძის იონების შეღწევის ულტრასტრუქტურული განაწილების კვლევა ელექტრონული მიკროსკოპიის მეთოდით.

მეტალთა კონიუგაციაში მონაწილე ფერმენტის გლუტათიონ-S-ტრანსფერაზას აქტივობის გამოვლენა.

მესამე ეტაპი - მოიცავს სპირულინას მიერ ტყვიის იონების შეთვისების დინამიკის შესწავლას მოდელურ ცდებში, სადაც გამოყენებულია ტყვიის იონებით ხელოვნურად დაბინძურებული წყალი.

მეოთხე ეტაპი - მახელატირებელი აგენტის - EDTA-ს და ბიოსურფაქტანტების რამნოლიპიდების და ტრეგალოზალიპიდის ეფექტის გამოკვლევა სპირულინას მიერ მძიმე მეტალების შეთვისების დინამიკაზე.

შედეგების გამოთვლა განხორციელდა Microsoft Excel-ში. სტატისტიკა ექვემდებარება ცალმხრივი დისპერსიის ანალიზს. სტატისტიკური ანალიზი გაკეთდა ANOVA-თი.

შედეგები:

• სპირულინას ბიომასა ზარუკას არეში 2 -ჯერ უკეთესად იზრდება, ვიდრე ფიზიოლოგიური ხსნარში;
• სპირულინას მიერ ქლოროფილის დაგროვების უნარი ფიზიოლოგიურ არეში 20%-ით დაბალია ვიდრე ზარუკას ხსნარში;
• Cu²⁺-იონების 100 ppm კონცენტრაცია საინკუბაციო არეში, ბიომასის დაგროვების ინჰიბირებას 15%-ით, ხოლო ქლოროფილის შემცველობის შემცირებას 30%-ით ახდენს.
• სპირულინას ბიომასა ტყვიით დაბინძურებისას 48 საათის შემდეგ შემცირდა 18% -ით;
• ქლოროფილის წარმოება შემცირდა 23% -ით ტყვიით დაბინძურებულ წყალში 72 საათის შემდეგ.
• გლუტათიონის მაღალი კონცენტრაცია მნიშვნელოვნად ამცირებს თავისუფალი Cu²⁺ -ის შემცველობას საინკუბაციო ზონაში, რაც ნათლად მიუთითებს
• გლუტათიონ S- ტრანსფერაზას მონაწილეობაზე სპირულინას უჯრედების მიერ Cu²⁺ შეთვისების პროცესში;
• სპილენძის იონების 100ppm კონცენტრაციისას და საინკუბაციო არეში სპირულინას შემცველობისას - 4.5 გ/ლ, 72 საათის შემდეგ შთაინთქმება ხსნარში მყოფი სპილენძის 79 %.
• ტყვიის იონების 100ppm კონცენტრაციისას და საინკუბაციო არეში სპირულინას შემცველობისას - 4.5 გ/ლ 72 საათის შემდეგ შთაინთქმება ხსნარში მყოფი ტყვიის 85 %.
• სპირულინას უჯრედების ულტრასტრუქტურული კვლევა ნათლად აჩვენებს სპილენძის შეღწევას უჯრედში ინკუბაციიდან 24 საათის შემდეგ და იწყება მემბრანული სტრუქტურის რღვევა, ხოლო ინკუბაციის მეხუთე დღეს მეტალი სპირულინას ვაკუოლშია. (მეტალის კონცენტრაცია ხსნარში ამ ცდებში 50 ppm-ია);
• EDTA– მ სპირულინას მიერ შთანთქმული სპილენძის რაოდენობა 63%–ით გაზარდა;
• რამნოლიპიდ-1- მა (RL1) გაზარდა სპირულინას მიერ შთანთქმული სპილენძის რაოდენობა 42%–ით.
• რამნოლიპიდ-2- მა (RL2) გაზარდა სპირულინას მიერ შთანთქმული სპილენძის რაოდენობა 68%-ით;
• ტრეგალოზალიპიდმა (TRL) სპირულინას მიერ შთანთქმული სპილენძის რაოდენობა გაზარდა 73%-ით.
• RL1– მა შეამცირა სპირულინას მიერ შთანთქმული ტყვიის რაოდენობა 3 – ჯერ;
• RL2- მა შეამცირა სპირულინას მიერ შთანთქმული ტყვიის რაოდენობა 2.3 -ჯერ;
• TRL– მა შეამცირა სპირულინას მიერ შთანთქმული ტყვიის რაოდენობა 1.8 -ჯერ;
• ტყვიით დაბინძურებული წყლიდან, ბიოსურფაქტანტები მხოლოდ აჩქარებენ შთანთქმის პროცესს.
• საინტერესო ფაქტია ის, რომ სპირულინას უჯრედებში დაგროვილი მძიმე მეტალის იონები ბრუნდება წყალში ინკუბაციის მეოთხე დღეს.

მიღებული შედეგებიდან გამომდინარე, სპირულინას და ბიოსურფაქტანტების ერთობლივი მოქმედებით შესაძლებელი ხდება ტყვიისა და სპილენძის იონებისგან ჩამდინარე წყლების გაწმენდის იაფი და ეკოლოგიურად უსაფრთხო მეთოდის შემუშავება.

დასკვნები და რეკომენდაციები - წარმოდგენილი ნაშრომი განმარტავს ბიოსურფაქტანტების როლს სპირულინას რემედიაციული შესაძლებლობების გაზრდაში, ანუ სპირულინას სორბციული თვისებების გაუმჯობესებაში სპილენძისა და ტყვიის იონებით დაბინძურებულ არეში. მიღებული ექსპერიმენტული მონაცემები აჩვენებს მათი ერთობლივი მოქმედების ეფექტურობას.

მოცემული ექსპერიმენტული შედეგები შეიძლება გახდეს საფუძველი ფიტორემედიაციული ტექნოლოგიის შემუშავებისთვის, რომელიც დაეფუძნება Arthrospira platensis– ის გამოყენებას სამიზნე ტოქსიკანტებით დაბინძურებული წყლების გასაწმენდად. ამ ტექნოლოგიების მთავარი იდეაა Cu2+ და Pb2+ იონებით დაბინძურებულ წყალში სპირულინას ბიომასის დამატება და პერიოდულად მისი მოცილება წყლის ზედაპირიდან (ან გაფილტვრა) რემედიაციული პროცესის დასრულებისთანავე.

აქვე უნდა იყოს გათვალისწინებული სპირულინას ბიომასის მიერ მეტალთა იონების შთანთქმის ეფექტური დრო და ის ნიუანსიც, რომ მეტალთა იონები სპირულინას უჯრედების გაჯერების შემდეგ (მეოთხე დღეს) ბრუნდება უკან, საინკუბაციო ხსნარში, სწორედ ამ მიზეზის გამო, სარემედიაციო რეზერვუარში მეტალთა შემცველი სითხის დაყოვნება უნდა მოხდეს მხოლოდ 2-3 დღით, რაც სპირულინას ეფექტური შთანთქმის მაქსიმუმს ემთხვევა.

ტყვიით დაბინძურებული წყლიდან მეტალების მოცილების პროცესი ბიოსურფაქტანტების გამოყენებით დაჩქარებულია 24 საათით, რაც გათვალისწინებული უნდა იყოს ჩამდინარე წყლების გამწმენდი ტექნოლოგიის სწრაფი რეაგირების სტრატეგიის შექმნისას.

შემდგომი კვლევები გულისხმობს სპირულინას ულტრასტრუქტურულ ანალიზს, რაც გამოავლენს სპირულინას მიერ მეტალების სორბცია - დესორბციის მექანიზმებს უფრო ზუსტად.

დისერტაციის შემდგომი განვითარებისა და გამოყენების პერსპექტივა:
ამ ნაშრომს აქვს პოტენციალი სამომავლო კვლევების განვითარებისა, რათა უზრუნველყოს ყველაზე ეფექტური და რესურსების დამზოგველი წყლის რემედიაციული მიდგომა.

მეცნიერული თვალსაზრისით - დისერტაციის ექსპერიმენტული კვლევების საფუძველზე შექმნილია მძიმე მეტალებით ჩამდინარე წყლების გასუფთავებისთვის მეცნიერულად დასაბუთებული სწრაფი სტრატეგია.

ტექნიკური თვალსაზრისით - მომავალი კვლევებით დადგინდება მძიმე მეტალებით დაბინძურებული ჩამდინარე წყლების რემედიაციის ტექნოლოგიური რეგლამენტი და შეიქმნება ბიოტექნოლოგიური სქემა. მიღებული ექსპერიმენტული მონაცემების ინტერპრეტაციით შესაძლებელი გახდება სპილენძისა და ტყვიის იონებისგან ჩამდინარე წყლების გაწმენდის მეთოდის პილოტური გამოცდა.

კომერციული თვალსაზრისით - მოხდება შემუშავებული ბიოტექნოლოგიისა და სამეცნიერო იდეების პატენტირება. ტექნოლოგიის პილოტური ტესტირება და დაინტერესებული ორგანიზაციებისთვის კონკრეტული კომერციული რეკომენდაციების გავრცელება.

დისერტაციის ექსპერიმენტული მასალები გამოქვეყნებულია მაღალი რეიტინგის საერთაშორისო-სამეცნიერო ჟურნალებში 3 სტატიის სახით.

მდგრადი სოფლის მეურნეობა და სასურსათო სისტემები (მსმსს) (2018 - 2023)

ფართოდ არის შესწავლილი არარძის პრობიოტიკული პროდუქტების განვითარება, მათ შორის ძირითადი აქცენტი კეთდება ნედლეულად ხილის, ბოსტნეულისა და მარცვლეულის გამოყენებაზე. პროექტის მიზანია საქართველოს ადგილობრივი ვაშლის ჯიშების ნაყოფებიდან რძემჟავა ბაქტერიების გამოყოფა, იდენტიფიკაცია, მათი ბიოქიმიური, პრობიოტიკული მახასიათებლების შესწავლა, ასევე შერჩეული ავტოქტონური მიკროორგანიზმების გამოყენებით ვაშლის წვენის ფერმენტაცია და ტექნოლოგიური პარამეტრების განსაზღვრა.

სპილენითა და ტყვიით დაბინძურებული წყლის გაწმენდის ეფექტური მეთოდის შემუშავება ლურჯ-მწვანე წყალმცენარის Arthrospira (Spirulina) platensis და ბიოსურფაქტანტების გამოყენებით (2018 - 2022)

პროექტის ძირითად მიზანს წარმოადგენდა წყალმცენარე ართროსპირას (სპირულინას) (Arthrospira (Spirulina) platensis) რემედიაციული შესაძლებლობების შესწავლა და მის მიერ მიერ მეტალთა შეთვისების პროცესის გაძლიერება დამატებითი ფაქტორების გამოყენებით. სამუშაოს მთავარი ამოცანა იყო  სამიზნე დამაბინძურებლების იმ კონცენტრაციის პოვნა, რომელზეც  სპირულინას ფიზიოლოგიური პარამეტრები შენარჩუნებული იქნება,  ასევე ისეთი ბიოსურფაქტანტის შერჩევა, რომელიც გააძლიერებს სპირულინას რემედიაციულ პოტენციალს.

პირველ ეტაპზე მოხდა სპირულინას დიდი წარმადობით კულტივაციას  და ამისთვის შესაბამისი საკვები არეს შერჩევას. მძიმე მეტალების გავლენის შესწავლას სპირულინას ფიზიოლოგიურ აქტივობაზე, სპილენძისა და ტყვიის იონების სამუშაო კონცენტრაციის იდენტიფიკაციას შემდგომი ექსპერიმენტებისთვის.

მეორე ეტაპი მოიცავდა სპირულინას მიერ სპილენძის იონების შეთვისების დინამიკის შესწავლას  მოდელურ ცდებში, სადაც გამოყენებულია სპილენძის იონებით ხელოვნურად დაბინძურებული წყალი.

სპირულინას უჯრედებში სპილენძის იონების შეღწევის ულტრასტრუქტურული განაწილების კვლევა ელექტრონული მიკროსკოპიის მეთოდით.

მესამე ეტაპზე შესწავლილ იქნა სპირულინას მიერ ტყვიის იონების შეთვისების დინამიკა მოდელურ ცდებში, სადაც გამოყენებული იყო ტყვიის იონებით ხელოვნურად დაბინძურებული წყალი.

დასკვნითი ეტაპზე ჩატარდა მახელატირებელი აგენტის - EDTA-ს და ბიოსურფაქტანტების - რამნოლიპიდების და ტრეგალოზალიპიდის ეფექტის გამოკვლევა სპირულინას მიერ მძიმე მეტალების შეთვისების დინამიკაზე.

სახამებლის მადუღარ გლუკოზამდე ერთსაფეხურიანი ჰიდროლიზი თერმომედეგი  α-და გლუკოამილაზით (2018 - 2020)  

შემუშავებულია კომპლექსური ტექნოლოგიური სქემა, რომელიც გულისხმობს ერთის მხრივ სამრეწველო დანიშნულების მაღალაქტიური და სტაბილური, ტემპერატურის კრიტიკულ მნიშვნელობებზე (პასტერიზაციის ტემპერატურა და ზევით) კატალიზის უნარის მქონე ამილაზური ფერმენტების ტექნიკური პრეპარატების მიღებას და მეორეს მხრივ, ამ პრეპარატების გამოყენებით სახამებლის მაღალი კონცენტრაციის (40%)  ხსნარების ამომწურავ ჰიდროლიზს გლუკოზის მაღალი გამოსავლით (94-96%). სხვა ანალოგიური ტექნოლოგიებისაგან განსხვავებით, ჰიდროლიზის პროცესი მხოლოდ ერთი, სოკოური წარმოშობის ფერმენტული პრეპარატის გამოყენებით მიმდინარეობს. სტაბილური ამილაზური ფერმენტების გამოყენება პერსპექტიული ლუდის, საკონსერვი, დეტერგენტების წარმოებაში.

სწრაფი რეაგირების სტრატეგიის შემუშავება ქიმიურად დაბინძურებული ნიადაგების გასასუფთავებლად ბიოჩიპის და ბიოსორბენტის გამოყენებით (2017 - 2019)

პროექტის მიზანს წარმოდგენდა სწრაფი რეაგირების სტრატეგიაზე დაყრდნობით ეფექტური და მოქნილი ტექნოლოგიის შექმნა, რომელიც მიმართულია  დაბინძურებული ნიადაგებიდან სამიზნე ტოქსიკანტების მოცილებაზე. კვლევაში სამიზნე ტოქსიკანტებს წარმოადგენდა - სპილენძ(II)-ის იონები, ცეზიუმის იონები და ნედლი ნავთობის ნახშირწყალბადები. შემუშავებული ტექნოლოგიური მიდგომა დაფუძნებულია სხვადასხვა ინსტრუმენტების ერთობლივ მოქმედებაზე, როგორებიცაა: მიკროორგანიზმების და მცენარეების დეტოქსიკაციური პოტენციალი; ბუნებრივი მინერალებისაგან შექმნილი კომპოზიტები, რომელთაც უნარი შესწევთ დამბინძურებლის შთანთქმა და ამით მისი გავრცელების შეზღუდვა; ბიოჩიპების შექმნა/გამოყენება, რომელთა მოქმედების პრინციპია სხვადასხვა ტიპის დამბინძურებლის ბიოაუგმენტაციის უზრუნველყოფა.

შემუშავებული ტექნოლოგიური მეთოდის საფუძველზე შესაძლებელი იქნება:

• ტოქსიკური ნაერთების გავრცელების შეზღუდვა დროის მოკლე პერიოდში;
• ბიოჩიპის შექმნა და ნიადაგიდან დამბინძურებლის მოცილების სტრატეგიის კონტროლი და კორექტირება;
• ნიადაგის ბაქტერიების და შეტანილი ბაქტერიული კონსორციუმის  მიერ დამბინძურებლის ბიოსტაბილიზაციის პროცესის გაკონტროლება;
• ბიოჩიპის საშუალებით ბიოაუგმენტაციის პროცესის გაკონტროლება.

მაღალეფექტური ფიტო(კო)რემედიაციული ტექნოლოგიის შემუშავება, როგორც სწრაფი სტრატეგია წყლის ქიმიური დაბინძურების წინააღმდეგ (2017 - 2019)

პროექტის მიზანს წარმოადგენდა ქიმიურად დაბინძურებული წყლების აღდგენა და მაღალეფექტური ფიტო(კო)რემედიაციული ტექნოლოგიის შემუშავება, როგორც სწრაფი სტრატეგია წყლის ქიმიური დაბინძურების წინააღმდეგ. მიდგომა დაფუძნებულია სპირულინას და ლემნას ეკოლოგიური პოტენციალის გამოყენებაზე, აგრეთვე მაღალი ზედაპირული აქტივობის მქონე, ბაქტერიული წარმოშობის ნაერთების (ბიოსურფაქტანტების) გამოყენებაზე, რომლებიც აადვილებენ ტოქსიკური ნაერთების შეწოვა/შეთვისების პროცესს მაკროფიტებში და, შესაბამისად, ზრდიან რემედიაციული პროცესების ეფექტურობას. მოდელურმა ექსპერიმენტებმა, რომლებიც ჩატარდა ლემნას და სპირულინას საშუალებით საკვლევი ტოქსიკანტებით ხელოვნურად დაბინძურებული წყლების გასუფთავების მიზნით, აჩვენა ტექნოლოგიური მიდგომის პერსპექტიულობა.

მეტალური იონების განაწილების შესწავლა ბაქტერიულ ფრაქციებში მათი ზრდისა და განვითარების პროცესში (2017 - 2019)

მეტალის იონების გავლენით ხდება ახალი ბიოქიმიური პროცესების ინიციაცია ან უკვე არსებული პროცესების ინტენსიურობის ცვლილება ბაქტერიაში. ბაქტერიის ორგანიზმში მოხვედრილი მეტალის იონები განიცდიან მუდმივ გადანაწილებას ბაქტერიის შემადგენელ კომპონენტებს შორის. ხდება მათი მიერთება ჯერ ერთ კომპონენტთან, შემდეგ მეორესთან და ა.შ. შესაბამისად დროის მიხედვით, იცვლება მეტალის შემცველობები აღნიშნულ კომპონენტებში. აღნიშნულიდან გამომდინარე, მეტალის კონცენტრაციების შესწავლა ბაქტერიის შემადგენელ კომპონენტებში, ბაქტერიის ზრდა განვითარების სხვადასხვა პერიოდში, საშუალებას იძლევა მიღებულ იქნეს მნიშნელოვანი ინფორმაცია ბაქტერიებში მიმდინარე ბიოქიმიური პროცესებზე. შესწავლილ იქნა ქრომრეზისტენტული ბაქტერიების მიერ Zn, Cr, Cu და Cd შეთვისებისა და მათი გადანაწილების პროცესი ბაქტერიის შემადგენელ კომპონენტებს შორის ბაქტერიის ზრდა-განვითარებისას და ამ ელემენტების ურთიერთზეგავლენა. შესწავლილ იქნა Fe, Na, K, Ca, Mg, და Si - ის გავლენა Zn, Cr, Cu და Cd შეთვისებისა და მათი გადანაწილების პროცესზე ბაქტერიის შემადგენელ კომპონენტებს შორის.

მეტალის იონების გავლენა Arthrobacter-ის ტიპის ბაქტერიის მიერ Cr(VI)-ის აღდგენის პროცესზე (2016 - 2019)

მძიმე მეტალებით და რადიონუკლიდებით დაბინძურებული გარემოს გასუფთავება დღესდღეობით კვლავ რჩება მსოფლიოს ერთ-ერთ მნიშვნელოვან პრობლემად. მსოფლიოს მწვავე დამაბინძურებლების სიაში ქრომი შესულია ტოქსიკური საფრთხის ტოპ ექვსეულში. Cr(VI) არის ხსნადი და მეტად ტოქსიკური, განსხვავებით Cr(III)-გან, რომელიც არის ნაკლებად ხსნადი და ნაკლებტოქსიკური. პროექტის მიზანი იყო Arthrobacter-ის გვარის მეტალ-რეზისტენტული ბაქტერიების მიერ ქრომის აღდგენის პროცესის და აღნიშნულ პროცესზე სხვადასხვა მეტალური იონების გავლენის შესწავლა, ბაქტერიების მიერ ქრომის აღდგენის ოპტიმალური პირობების ძიება, როდესაც ბაქტერია აღადგენს მაღალი კონცენტრაციით არსებულ ტოქსიკურ ქრომს.

მცენარეული ბიომასიდან საწვავი ეთანოლის მიღების ეკონომიკურად ეფექტური და ეკოლოგიურად უსაფრთხო ბიოტექნოლოგიის დამუშავება (2016 - 2018)                                                   

საქართველოს სხვადასხვა ნიადაგობრივ-კლიმატურ ზონებში გავრცელებული, ენდემური, Clostridium-ის გვარის ანაერობული, თერმოფილური, ცელულულოზის დამშლელი და ეთანოლის მაღალეფექტური პროდუცენტების კოლექცია შეიქმნა და მის საფუძველზე მრავალწლიანი ბალახოვანი მცენარის -SILPHIUM PERFOLIATUM L  –ის ბიომასიდან ეთანოლის მიღების ოპტიმალური პირობები დამუშავდა.მიღებულმა  შედეგებმა შესაძლებელია საფუძველი დაუდოს საქართველოში განახლებადი ბიომასიდან საწვავი ეთანოლის წარმოების ეკოლოგიურად უსაფრთხო და ეკონომიკურად ეფექტური წარმოების ტექნოლოგიას.

ახალი ტექნოლოგიის შემუშავება ქიმიურად დაბინძურებული წყლების გასასუფთავებლად ლურჯ-მწვანე წყალმცენარე - სპირულინას გამოყენებით (2016 – 2018)

პროექტის მიზანს წარმოადგენდა ქიმიურად დაბინძურებული წყლების გასუფთავების ფიტორემედიაციული ტექნოლოგიის შექმნა, რომელიც დაფუძნებულია ლურჯ-მწვანე წყალმცენარე სპირულინას  (Spirulina  platensis) უნარზე, შეითვისოს ტოქსიკური ბუნების მქონე გარემოს დამბინძურებლები.  ტექნოლოგიების შექმნის პროცესში და პილოტურ ცდებში ქიმიურ დამბინძურებლებად გამოიყენებოდა: მძიმე მეტალების - სპილენძ(II)-ისა და ცეზიუმის იონები, ქლორორგანული პესტიციდი - 1,1,1-ტრიქლორ-2,2-ბის(5-ქლოროფენილ)ეთანი (დდტ) და ორგანული ფეთქებადი ნაერთი - 2,4,6-ტრინიტროტოლუოლი (ტნტ). ჩატარებული სამუშაოს შედეგად დადგენილია სპირულინას კულტივირების ოპტიმალური პირობები (საკვები არის შედგენილობა, განათება, ტემპერატურა, ხანგრძლივობა, ტოქსიკური ნაერთის კონცენტრაცია და სხვ.). ჩატარებულია ტნტ-თი და დდტ-თი ხელოვნურად დაბინძურებული წყლების გასუფთავების ტექნოლოგიების საპილოტე გამოცდები. ნაჩვენებია, რომ სპირულინას გამოყენებით ეფექტურად ხდება დაბინძურებული წყლებიდან აღნიშნული ტოქსიკური ნაერთების მოცილება. მიღებული შედეგების საფუძველზე დაპატენტებულია 2 სასარგებლო მოდელი: „ლურჯ-მწვანე წყალმცენარე სპირულინას გამოყენებით დიქლორდიფენილტრიქლორეთანით (დდტ) დაბინძურებული წყლის გაწმენდის ხერხი“ და „ლურჯ-მწვანე წყალმცენარე სპირულინას გამოყენებით 2,4,6-ტრინიტროტოლუოლით დაბინძურებული წყლის გაწმენდის ხერხი“.

საქართველოს ნიადაგების ეროვნული ატლასის შექმნა (2015 - 2018)

საქართველოს ძირითადი ნიადაგების ფიზიკური, ქიმიური, ფიზიკურ - ქიმიური, აგროქიმიური, მორფოლოგიური მახასიათებლების და მიკრობიომრავალფეროვნების ამსახველი რუკების შექმნა

ქიმიურად დაბინძურებული წყლების გასასუფთავებლად წყალმცენარე სპირულინას გამოყენების შესაძლებლობის კვლევა (2015 – 2017)  

პროექტის მიზანს შეადგენდა ქიმიურად დაბინძურებული წყლების გასასუფთავებლად ლურჯ-მწვანე წყალმცენარე სპირულინას (Spirulina  platensis) გამოყენების შესაძლებლობების დადგენა. ამ მიზნით შესწავლილ იქნა მძიმე მეტალების - სპილენძ(II)-ისა და ცეზიუმის იონები, ქლორორგანული პესტიციდის - 1,1,1-ტრიქლორო-2,2-ბის(5-ქლოროფენილ)ეთანი (დდტ) და ორგანული ფეთქებადი ნაერთის - 2,4,6-ტრინიტროტოლუოლი (ტნტ) გავლენა სპირულინას ზრდის პარამეტრებზე და ასევე წყალმცენარის მიერ ამ ნაერთების შთანთქმის უნარზე. ჩატარებული სამუშაოებით ნაჩვენებია, რომ სპირულინა ეფექტურად ახდენს საკვლევი ნივთიერებების შეთვისებას, რაც შეიძლება გახდეს ფიტორემედიაციული მიზნებისათვის ამ წყალმცენარის გამოყენების საფუძველი. კვლევის შედეგების მიხედვით თითოეული დამბინძურებლისათვის  დადგენილია ოპტიმალური კონცენტრაცია, სპირულინას ინკუბაციის პირობები (საკვები არის შედგენილობა, ტემპერატურა, განათების რეჟიმი, ინკუბაციის ხანგრძლივობა და სხვ.), რაც საშუალებას იძლევა მომავალში ჩატარდეს მასშტაბური მოდელური ექსპერიმენტები შესაბამისი ტექნოლოგიის რეგლამენტის შესამუშავებლად.

სამამულო პრობიოტიკული პრეპარატის ბიოტექნოლოგია და მისი დანერგვის პერსპექტივები მეფრინველეობაში (2015 - 2017)

პროექტი ითვალისწინებს ქათმების კუჭ-ნაწლავიდან გამოყოფილი მიკროორგანიზმების გამოყენებას პრობიოტიკური პრეპარატის სახით ბროილერის ჯიშის ქათმების კვებაში.

კარტოფილის რგოლური სიდამპლე საქართველოში და გამომწვევი პათოგენი Clavibacter (2015 - 2017)

პროექტის მიზანია კარტოფილის რგოლური სიდამპლის გავრცელების შესწავლა საქართველოში; გამომწვევი Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus შტამების გამოყოფა და შესწავლა; მათი გენოტიპირება და ფილოგენეტიკური ანალიზი, კარტოფილის სხვადასხვა ჯიშების რეზისტენტობის შესწავლა რგოლოვანი სიდამპლის მიმართ და დაავადების ბიოლოგიური კონტროლის შესაძლებლობის შესწავლა.

შესწავლილია საქართველო რეგიონებში ამ დაავადების გავრცელების საკითხი და შეგროვილია საეჭვო კარტოფილის ტუბერების ნიმუშები, მათ შორის ყაზბეგისა და სადახლოს სასაზღვრო-გამშვები პუნქტიდან. კარტოფილის დაავადებულ ნიმუშებში ჩატარდა დაავადების მოლეკულური დეტექცია და შესაბამისი ნიმუშებიდან მოხერხდა პათოგენების გამოყოფა,  იდენტიფიცირებულ იქნა Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციით. შესწავლილია იზოლატების ფიზიოლოგიურ-ბიოქიმიური თვისებები, უჯრედის მორფოლოგია, ზრდის პარამეტრები, ანტიბიოტიკო მგრძნობელობა და ვირულენტობა. განხორციელდა Cms ქართული იზოლატების გენოტიპირება. გამოყოფილ იქნა მათი სპეციფიკური ბაქტერიოფაგები და შესწავლილია მათი სპეციფიკურობა და მოქმედების სპექტრი.

ექსტრემოფილური მიცელიური სოკოების სტაბილური ფერმენტები სოფლის მეურნეობისა და სამრეწველო ლიგნოცელულოზური ნარჩენებიდან ბიოეთანოლის მისაღები ბიოტექნოლოგიის დასამუშავებლად (2014 - 2017)

პროექტი ითვალისწინებს სტაბილური ცელულაზების, ქსილანაზებისა და ლაკაზების პროდუცენტების შერჩევას სერგი დურმიშიძის ბიოქიმიისა და ბიოტექნოლოგიის მიცელიური სოკოების კოლექციიდან;  შერჩეული მიკროსკოპული და ბაზიდიალური სოკოების სიღრმული კულტივირების ოპტიმალური პირობების დადგენას  აღნიშნული ფერმენტების ბიოსინთეზისთვის; ფერმენტების მოქმედების ოპტიმალური პირობების დადგენას; ლიგნოცელულოზური სუბსტრატების წინასწარი დამუშავების ეფექტური ფიზიკური, ქიმიური და ბიოლოგიური მეთოდების შერჩევას;  დამუშავებული ცლიგნოცელულოზური სუბსტრატების ფერმენტებით ჰიდროლიზის  შესწავლას; ჰიდროლიზატში გლუკოზის ეთანოლში დადუღებას შერჩეული საფუვრის შტამებით.

ახალი თაობის სტაბილური, სამრეწველო მნიშვნელობის ფერმენტები (2014 - 2016)

პროექტის მიზანია მიკროსკოპული სოკოების მაღალტექნოლოგიური, ექსტრემოფილური, სტაბილური, ჰიდროლაზების (ამილაზები, პროტეაზები, ცელულაზები, ქსილანაზები) პროდუცენტი შტამების შერჩევა. სტაბილური ჰიდროლაზების საფუძველზე ფერმენტების გამოყენებისა და მიღების ხარისხობრივად ახალი, კონკურენტუნარიანი, მცირე დანახარჯიანი, ინოვაციური, სამრეწველო ტექნოლოგიების შემუშავება, სხვადასხვა ბიოპოლიმერების დეგრადაციის მიზნით.

მცენარეების ზოისიაგრასის და პასპალუმის ეკოლოგიური პოტენციალის შესწავლა (2014 - 2015)  

პროექტის მიზანი იყო ბალახოვანი მცენარეების „პასპალუმის“ და „ზოისიაგრასის“ ეკოლოგიური პოტენციალის შეფასება, რაც ეფუძნება სამიზნე ქიმიური ტოქსიკანტების: ნავთობის ნახშირწყალბადების და ქლორორგანული პესტიციდის - დდტ-ს შეთვისების და გარდაქმნის მექანიზმების შესწავლას. პროექტის ფარგლებში ტარდებოდა მოდელური ცდები. მცენარეები იზრდებოდა ტოქსიკანტების განსხვავებულ კონცენტრაციებზე 5-დღიანი საინკუბაციო პერიოდის განმავლობაში. საკონტროლო ვარიანტთან შედარებით  მცენარეთა ფესვებიდან მიღებულ ფრაქციებში ისაზღვრებოდა ორგანულ ნაერთთა დეტოქსიკაციაში მონაწილე ფერმენტების (ციტოქრომ P450 , NADPH-ციტოქრომ- P450 რედუქტაზა, პეროქსიდაზა, ფენოლოქსიდაზა, გლუტათიონ-S-ტრანსფერაზა) აქტივობები, მცენარეში ქლოროფილის შემცველობა და ბიომასის დაგროვების უნარი. ექსპერიმენტების შედეგად გამოვლინდა, რომ შესწავლილი მცენარეები გამოირჩევიან მაღალი პეროქსიდაზული აქტივობით, რაც ხელს უწყობს მათ მიერ დდტ-ს და ნავთობის ნახშირწყალბადების შეთვისების პროცესს. შემუშავდა რეკომენდაციები საკვლევი მცენარეების გამოყენების შესახებ ნავთობით და პესტიციდებით დაბინძურებული ნიადაგების ფიტორემედიაციისათვის.

აუტოინჟექტორი გაზური ქრომატოგრაფისათვის (2013 – 2014)  

პროექტის ფარგლებში მოხდა აუტოინჟექტორის შეძენა და ინსტალაცია უნივერსიტეტის კუთვნილი გაზ-ქრომატოგრაფისათვის Agilent 7890A, რომელიც გამოიყენება პესტიციდების, ჰალოგენშემცველი ორგანული ნაერთების, ნავთობპროდუქტების, ცხიმოვანი მჟავების, ეთერზეთების, ორგანული გამხსნელების და სხვა მრავალი ნაერთის განსაზღვრისათვის. ხელსაწყო საშუალებას იძლევა, იდენტიფიცირდეს აღნიშნული ნაერთები მაშინაც კი, როდესაც ისინი კვალის სახითაა. აუტოინჟექტორით არსებული გაზ-ქრომატოგრაფის აღჭურვამ საშუალება მოგვცა, მნიშვნელოვნად გაგვეზარდა ხელსაწყოს ექსპლუატაციის ეფექტურობა როგორც ნიმუშების რაოდენობის, ასევე ანალიზის ჩატარების სიზუსტის მხრივ. გარდა ამისა, მნიშვნელოვნად იზოგება მაღალკვალიფიციური სპეციალისტების სამუშაო დრო (აუტოინჟექტორის გარეშე მუშაობა მოითხოვდა მინიმუმ 2 ოპერატორის სინქრონულ მუშაობას, მანიპულაციების მაღალ სიზუსტეს, რადგან მუდმივად არსებობდა ძვირადღირებული მიკრო შპრიცის დაზიანების რისკი). აუტოინჟექტორის შეძენით ასევე შემცირდა გაზ-ქრომატოგრაფის საექსპლუატაციო ხარჯები (ელექტროენერგიის მოხმარება, ძვირადღირებული გამხსნელების და გაზ-მატარებლების ხარჯები).

ქლორორგანული პესტიციდებით დაბინძურებული ნიადაგების გასუფთავება მცენარეების საშუალებით (2013 – 2014)  

პროექტი განხორციელდა პროგრამის - „კვლევები მოსწავლეთა მონაწილეობით“ - ფარგლებში. მასში მონაწილეობდნენ ქ. რუსთავის #4 საჯარო სკოლისა და შპს ჩაღლარის საგანმანათლებლო დაწესებულებების დემირელის სახელობის კერძო კოლეჯის მოსწავლეები და მათი პედაგოგები. მოსწავლეებს საქართველოს აგრარულ უნივერსიტეტში ჩაუტარდათ ტრეინინგი, რომლის განმავლობაშიც ისინი გაეცნენ ქიმიურ ლაბორატორიაში უსაფრთხოდ მუშაობის წასებს. მათ ჩაატარეს საინტერესო ქიმიური ექსპერიმენტები, რომელთა მსვლელობისას იძენდნენ ქიმიურ ჭურჭელთან, ხელსაწყოებთან და რეაქტივებთან მუშაობის უნარებს. მათი მონაწილეობით ჩატარდა კვლევა, რომლის არსსაც წარმოადგენდა მოდელურ ცდებში ქლორორგანული პესტიციდებით დაბინძურებული ნიადაგის ნიმუშების გასუფთავება სპეციალურად შერჩეული მიკროორგანიზმებისა და მცენარეების საშუალებით. მიღებული შედეგების მიხედვით მოსწავლეებმა მოამზადეს პრეზენტაციები და მოხსენებები კონფერენციისათვის „ფიტორემედიაცია - ქიმიურად დაბინძურებული გარემოს გასუფთავების ტექნოლოგია“, რომელიც ჩატარდა რუსთავის #4 საჯარო სკოლაში. კვლევის შედეგების საფუძველზე მომზადდა 2 პროექტი, რომელიც წარდგენილი იქნა მოსწავლეთა საერთაშორისო ოლიმპიადებზე.

კვებისა და ბიოტექნოლოგიის სფეროში საქართველოს თანამშრომლობის საერთაშორისო პოტენციალის გაძლიერება ("ბიოპარტნიორები") (2012 - 2015)

პროექტი მიმართული იყო საქართველოში FP7-ის პრიორიტოტული თემატიკის“ საკვები, სოფლის მეურნეობა და ბიოტექნოლოგია“ ასპექტით კვლევითი საქმიანობის გაუმჯობესებისაკენ.  იგი ითვალისწინებდა საქართველოსა და ევროკავშირის ორმხრივ აქტივობებს: ფართომასშტაბური კავშირების დამყარებას, მკვლევარებისა და ახალგაზრდა სპეციალისტების გაცვლასა და ერთობლივი ღონისძიებების ორგანიზებას, სწავლებასა და ტრეინინგულ აქტივობებს და სხვ. პროექტის შესრულებაში ქართველ მეცნიერებებს პარტნიორობას უწევდნენ მურსიას უნივერსიტეტი (ესპანეთი) და მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სპეციალისტთა ჯგუფი - ინნო (საფრანგეთი). აღნიშნულ ჯგუფებს შორის ერთობლივი სამეცნიერო კვლევების საფუძველზე დამუშავებულ იქნა ფუნქციური კვების, სამკურნალო და პროფილაქტიკური დანიშნულების საშუალებების მიღების ტექნოლოგიები, ჩატარებულ იქნა კვლევები და გამოქვეყნდა მასალები  ჟანგვითი ფერმენტების (მცენარეული ფენოლოქსიდაზები და პეროქსიდაზები) კვლევის მიმართულებით. პროექტ „ბიოპარტნიორის“ფარგლებში.

საქართველოს აგრარული უნივერსიტეტის პროფესორებმა და ახალგაზრდა მეცნიერ მკვლევარებმა მონაწილეობა მიიღეს სამეცნიერო-გაცვლით პროგრამაში მურსიას (ესპანეთი) უნივერსიტეტთან. პროექტის ფარგლებში განხორციელდა  კონფერენციის (ICFB) თბილისში და ზაფხულის სკოლის (საკვების ჯანმრთელობისათვის სასარგებლო ნაერთებით გამდიდრების გზები) ბაზალეთში ორგანიზება (http://www.biopartners-dibb.ge/), სადაც ახალგაზრდა მკვლევარებისათვის ჩატარდა ქართველი და მოწვეული ევროპელი პროფესორების: გიორგი კვესიტაძის, მარინ ბეროვიჩის, მარიჯან სიმკიკ (სლოვენია), ალეხანდრო სიფუენტეს, ელენე იბანეზი (ესპანეთი),  ერიხ ლეიტნერი (ავსტრია), მარტინ სტოკის (დიდი ბრიტანეთი), ვოლტერ შტაინერისა და სხვათა ლექციები და ტრეინინგები კვების პროდუქტებისა და საკვები დანამატების  ბიოტექნოლოგიების განხრით.

მიკროორგანიზმების და მცენარეების დეტოქსიკაციური პოტენციალის მიზანმიმართული გამოყენება ქლორორგანული პესტიციდებით დაბინძურებული გარემოს გასუფთავების მიზნით (2012 – 2014)  

პროექტის მიზანს წარმოადგენდა ქლორორგანული პესტიციდებით დაბინძურებული გარემოს გასუფთავებისათვის ეფექტური ბიოტექნოლოგიური მიდგომის შემუშავება. ამ მიდგომის არსი შესაბამისი უნარის მქონე მცენარეებისა და მიკროორგანიზმების დეტოქსიკაციური პოტენციალის მიზანმიმართულ გამოყენებაში მდგომარეობს, რაც გარემოდან ქლორორგანული პესტიციდის სრულ მოცილებას და მთლიან გაუვნებელყოფას უზრუნველყოფს. პროექტში წარმოდგენილი ამოცანების მისაღწევად ქლორორგანული ტოქსიკანტების მოდელებად გამოყენებულ იქნა ერთმანეთისგან ტოქსიკურობით და ფიზიკურ-ქიმიური მახასიათებლებით განსხვავებული ქლორორგანული პესტიციდები: დიქლორდიფენილტრიქლორ-ეთანი (DDT), 1,2,3,4,5,6-ჰექსაქლორციკლოჰექსანი (ლინდანი), 1,2,3,4,5-პენტაქლორფენოლი (PCP) და და 1,2-დიქლორბენზოლი (DCB). საკვლევ მცენარეებად გამოყენებულ იქნა მცენარეები: სოია (Glycine max), სიმინდი (Zea mays) და იონჯა (Medicago sativa). ჩატარებული სამუშაოს შედეგად შემუშავდა  ახალი ეფექტური ფიტორემედიაციული ტექნოლოგია ქლორორგანული პესტიციდებით დაბინძურებული ნიადაგების გასუფთავების მიზნით, როგორც პროექტის ძირითადი შედეგი. შემუშავებული ფიტორემედიაციული ტექნოლოგია შემდეგი პრინციპით განხორციელდება: ნიადაგი დამუშავდება პესტიციდების ბიოდეგრადაციის მაღალი უნარის მქონე მიკროორგანიზმების სუსპენზიით. მიღებული პროდუქტები ადვილად შეიწოვება მცენარეებში, სადაც მოხდება მათი სრული დეტოქსიკაცია, რამდენადაც ასეთი ნაერთები ხელმისაწვდომია მცენარეული ჟანგვითი ფერმენტებისათვის, რომლებსაც ტოქსიკანტის ნახშირბადოვანი ჩონჩხის საბოლოო დარღვევა და არატოქსიკურ უჯრედულ მეტაბოლიტებად მათი უნიფიცირება შეუძლიათ.

ბიოსორბენტი ნიადაგის ქიმიური დაბინძურების საწინააღმდეგოდ - ახალი რემედიაციული ტექნოლოგიის შექმნა (2012 – 2014)

პროექტის მიზანს წარმოადგენდა ქიმიურად დაბინძურებული ნიადაგების რემედიაციის ახალი ტექნოლოგიური მიდგომის შემუშავება. ამ მიდგომის არსია „ბიოსორბენტის“ გამოყენება, რომელიც წარმოადგენს ბუნებრივი მინერალური სორბენტების (ცეოლითები და ბენტონიტების) და მაღალი დეტოქსიკაციური უნარის მქონე მიკროორგანიზმებისაგან შექმნილ კომპოზიტს, რომელშიც სორბენტის ფუნქციას შეადგენს გარემოს ქიმიური დამბინძურებლების შთანთქმა გარემოში მათი შემდგომი გავრცელების შეზღუდვის მიზნით, ხოლო კომპოზიტში შემავალი მიკროორგანიზმები ახორციელებენ ორგანული ტოქსიკანტების ბიოდეგრადაციას. ტექნოლოგიის განხორციელებისას „ბიოსორბენტი“ გამოიყენება დაბინძურებული ნიადაგის გასუფთავების საწყის ეტაპზე, რის შემდგომაც ხდება ფიტორემედიაციული ტექნოლოგიის გამოყენება, რომელიც გულისხმობს სპეციალურად შერჩეული მცენარეების მიზანმიმართულ განაშენიანებას ნიადაგიდან დამბინძურებლების და/ან მიკროორგანიზმებით მათი ნაწილობრივი გარდაქმნის პროდუქტების მოსაცილებლად. კვლევაში გამოიყენებოდა ფეთქებადი ნაერთი - ტრინიტროტოლუოლი, პესტიციდი - დდტ, ნავთობის ნახშირწყალბადი - ჰექსადეკანი და მძიმე მეტალები - სპილენძი და ტყვია. ჩატარებული სამუშაოს შედეგად შეირჩა ამ დამბინძურებლების მიმართ სპეციფიკური სორბენტები (კლინოპტილოლიტი, ვინობენტი და ლინობენტი), ტრინიტროტოლუოლის, დდტ-ს და ჰექსადეკანის დესტრუქციის უნარის მქონე მიკროორგანიზმთა შტამები, ასევე სამიზნე ტოქსიკანტების ეფექტური შეთვისების და გარდაქმნის უნარის მქონე მცენარეები.

ექსტრემოფილური სოკოებიდან მიღებული ლიგნოცელულოზის  დამშლელი ფერმენტების მიზნობრივი კვლევა (2011 - 2018)  

პროექტის მიზანი იყო ლიგნინო-ცელულოზის დამშლელი ფერმენტების -მიცელიალური სოკოების -  აქტიური პროდუცენტების შერჩევა, რომლებიც გამოყენებული იქნებოდნენ ინოვაციური ტექნოლოგიური სქემების  შესამუშავებლად.  ჩატარებული კვლევების შედეგად შერჩეულია მეზოფილური და თერმოფილური შტამები-ცელულაზას და ქსილანაზას  აქტიური პროდუცენტები. დამუშავებულია შერჩეული შტამების ფილტრატებიდან ფერმენტების ტექნიკური პრეპარატების მიღების მეთოდი. თერმოფილი შტამების ფერმენტული პრეპარატების მოქმედების ტემპერატურული ოპტიმუმები მიიღწევა უფრო მაღალ ტემპერატურაზე (15⁰c-ით უფრო მაღალ 60-65⁰c პირობებში), მეზოფილურ ანალოგებთან შედარებით. თერმოფილი შტამის ფერმენტული პრეპარატით ჰიდროლიზის  შედეგად გლუკოზის მაღალი გამოსავალი მიიღწევა უფრო მაღალ ტემპერატურაზე (10⁰c-ით უფრო მაღალ 60⁰c პირობებში), მეზოფილურ ანალოგებთან შედარებით. მიღებული ფერმენტული პრეპარატების დახასიათებამ და შემოწმებამ დაგვარწმუნა, რომ ამ ფერმენტებით წარმოებული ლიგნოცელულოზური სუბსტრატების ჰიდროლიზის სიღრმე სავსებით მისაღებია პრაქტიკული რეალიზაციისათვის.