ФИЦ Биотехнологии РАН применяет отечественные геномные технологии для создания коммерчески востребованных продуктов
В рамках Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий на 2019–2027 годы ФИЦ Биотехнологии РАН реализует проект «Развитие технологий геномного редактирования для решения инновационных задач промышленных и пищевых биотехнологий». Сейчас в фокусе ученых – создание отечественных штаммов микроорганизмов, которые будут нарабатывать востребованные в промышленности ферменты, белки и другие вещества. Научная работа ведется в рамках национального проекта «Наука и университеты».
2022 год показал, что российские разработки должны и могут заменить импортные технологии и оборудование, от которых раньше зависели отечественные производители. Биотехнологии являются высоко конкурентным сегментом рынка, и поддержание рентабельного производства требует обеспечения максимально высокого выхода продукта и снижения стоимости производства. Данные условия возможно создать с помощью биоинженерии оптимизированных штаммов-продуцентов. В связи с этим требуется разработка быстрых и эффективных методов генной инженерии. к решению этой задачи подключился ФИЦ Биотехнологии РАН. Коллектив ученых из разных подразделений Центра занимается разработкой технологий, методов и подходов геномного редактирования для создания штаммов-продуцентов коммерчески востребованных продуктов (рекомбинантных ферментов, пищевых и кормовых продуктов). Такие прикладные исследования помогут достичь технологического отраслевого суверенитета.
Важнейшие микробные платформы для производства пищевых и кормовых продуктов, а также ферментов – это одноклеточные (дрожжи), мицелиальные грибы и бактерии. Биотехнологи работают с такими микроорганизмами по нескольким коммерчески актуальным направлениям.
Так, на основе дрожжей Saccharomyces cerevisiae ученые создают штаммы высокой продуктивности, которые синтезируют нужные промышленности белки и штаммы для виноделия. Уже созданы два модифицированных штамма винных дрожжей, обладающих ценными свойствами для изготовления некоторых сортов вина. В случае успешного проведения технологических испытаний на производстве и при условии внесения изменений в действующую нормативно-правовую базу в области использования технологий геномного редактирования в промышленной микробиологии, появится перспектива широкого внедрения этих штаммов на винодельческих предприятиях России.
Учеными был также разработан ряд улучшенных инструментов для CRISPR-Cas9 опосредованного геномного редактирования дрожжей промышленных штаммов Saccharomyces cerevisiae и метилотрофных дрожжей. Данные инструменты будут востребованы для создания улучшенных индустриальных штаммов различных видов дрожжей. В дальнейшем полученные технологии геномного редактирования биотехнологи планируют распространить среди других специалистов в области создания штаммов-продуцентов.
Другое направление – модификация штаммов метанотрофных бактерий, известных своей способностью производить много белковой массы, потребляя природный газ. Для модификации метанотрофных бактерий вида Methylococcus capsulatus ученые провели исследования по апробации и выбору технологий геномного редактирования. Выяснилось, что система CRISPR/Cas9, широко используемая для редактирования геномов гетеротрофных бактерий, дрожжей и мицелиальных грибов, неэффективна применительно к метанотрофным бактериям. Более действенным методом редактирования геномов метанотрофов является использование двойной гомологичной рекомбинации с помощью суицидальных векторов. С помощью этой стратегии биотехнологи создали условия для проточного непрерывного культивирования целевого штамма Methylococcus capsulatus MIR, а также проанализировали его рост в присутствии метана или метанола.
Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН работают и с мицелиальными грибами, обладающими широким спектром гидролитических ферментов. Уже созданы штаммы дрожжей и мицелиальных грибов для продукции ряда индустриально значимых ферментов – реннина, используемого в сыроделии (дрожжи) и фитазы/эндоглюканазы и фитазы/ксиланазы – штаммы, продуцирующие два фермента одновременно в мицелиальных грибах. Эти ферменты станут добавками, которые помогут сельскохозяйственным животным лучше переваривать корма на основе зерновых и бобовых. Данные штаммы мицелиальных грибов сейчас проходят цикл масштабирования на производстве. Уже в следующем году планируется вывод на рынок готовых форм кормовых добавок.
В составе комплексной исследовательской программы, реализуемой коллективом ученых ФИЦ Биотехнологии РАН, выполняются важные прикладные исследования. Это и создание кормовых добавок, и получение дрожжевых штаммов-продуцентов, и получение винодельческих штаммов, и апробация подходов к получению эффективных штаммов метилотрофных бактерий.
Большое внимание ФИЦ Биотехнологии РАН уделяет и подготовке новых кадров. В образовательных программах по тематике геномного редактирования для решения коммерческих задач уже приняли участие более 200 человек.
Источник: ФГУ «Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН»
Фото: пресс-служба ФИЦ Биотехнологии РАН