РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ПОЛУЧЕНИЯ И АНАЛИЗА ПРАКТИЧЕСКИ ЦЕННЫХ БИОПРЕПАРАТОВ, МЕТАБОЛИТОВ И ФЕРМЕНТОВ

Объектом исследования являются природные, мутантные и рекомбнантные микроорганизмы – продуценты биопрепаратов, метаболитов и ферментов; специфические физиолого-биохимические процессы; биосенсоры.Цель - создание фундаментальных основ в области разработки новых биотехнологий получения органических кислот, ферментов, метаболитов для медицины и пищевой промышленности; антимикробных препаратов, активных в отношении множественной устойчивости к антибиотикам патогенных микроорганизмов, утилизации отходов различного происхождения, создании биосенсоров для детекции практически ценных соединений. Для решения задач, поставленных в рамках НИР, использовались современные микробиологические, биохимические и биотехнологические методы. Культивирование продуцентов и наработка препаратов осуществлялись на современной уникальной опытно-технологической установке (ОТУ) ИБФМ РАН. Установка включена в Программу государственной поддержки уникальных научно-исследовательских и экспериментальных установок России (регистрационный номер 2-2.1).В результате исследования получены принципиально новые результаты в области изучения путей высокоинтенсивного синтеза органических кислот (лимонной, изолимонной, пировиноградной и пальмитолеионовой кислот) у малоизученных природных, мутантных и генно-модифицированных штаммов дрожжей Yarrowia lipolytica, Debaryomyces globosus при выращивании на возобновляемых субстратах (глюкоза, глюкозо-содержащие древесные отходы и этиловый спирт). Проведен процесс наработки биологически активной формы изолимонной кислоты с помощью дрожжей Y. lipolytica. Установлено, что препарат изолимонной кислоты предотвращает окислительный стресс, индуцированный действием перекиси водорода на клетки инфузорий Paramecium caudatum.Проведен анализ вторичных метаболитов у 22 штаммов грибов рода Aspergillus секции Usti, выделенных в различных географических регионах, в том числе, в Арктике из многолетнемерзлых отложений. Обнаружено, что изученные штаммы синтезируют разнообразные биологически активные соединения. Из культуральной жидкости типового штамма гриба Aspergillus amylovorus ВКМ F-906 был выделен новый пиридиновый алкалоид, названный монасникотиновая кислота, установлена его структура.Проведено исследование литического потенциала бактерии Lysobacter capsici ВКМ B-2533T. Обнаружена мощная антимикробная и антифунгальная активность у L. capsici ВКМ B-2533T - наличие в культуральной жидкости соединений, лизирующих грамположительные бактерии Staphylococcus aureus, Corynebacterium flavum, Bacillus cereus и грибы Fusarium sporotrichiella, Fusarium solani, Sclerotinia sclerotiorum.Разработана эффективная технология получения бактериальных рекомбинантных ксиланаз на основе соответствующих генов с выходом фермента в концентрации не менее 15 г/л культуральной среды. Изучено взаимодействие ксиланаз бактерий рода Cellulomonas с растительными субстратами, являющимися основой для кормов животных. Созданы новые рекомбинантные штаммы– продуценты гетерологичной ксиланазы на основе мицелиального гриба Penicillium verruculosum. На их основе получены сухие ферментные препараты и исследована их гидролитическая (осахаривающая) способность по отношению к природным целлюлозосодержащим субстратам. Показано, что новые ферментные препараты обладают повышенной ксиланазной активностью.На основе математического анализа метаболических путей разработан метод теоретического определения значений максимального выхода биомассы при аэробном росте на различных субстратах. Получены новые сведения о биотехнологически перспективных бактериях, участвующих в деградации нефтяных загрязнений, а также о воздействии магнитных полей как малоизученных факторов среды на бактерии и активность бактериальных процессов. Проведена оценка влияния углеродных наноматериалов (нанотрубки, терморасширенный и высокоориентированный пиролитический графиты, оксид графена и др.) и углеродных волокон на биоэлектрокаталитическую активность клеток Gluconobacter oxydans при окислении этилового спирта в присутствии медиатора электронного транспорта. Впервые установлено существенное увеличение мощности генерируемого тока (до 50 %) при снижении сопротивления переноса заряда. Поставленные на промежуточном этапе задачи решены полностью. Полученные данные соответствуют мировому уровню и опубликованы в зарубежных и российских журналах. Научные результаты, полученные на данном этапе НИР, будут использованы на последующем этапе НИР для создания высокоэффективных биотехнологий получения ценных биопрепаратов, метаболитов и ферментов.