КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 16-14-10389

НазваниеИсследование особенностей анаэробного метаболизма щавелевоуксусной кислоты и ацетил-КоА в клетках множественно модифицированных факультативно анаэробных бактерий

Руководитель Дебабов Владимир Георгиевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" , г Москва

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-203 - Общая биохимия

Ключевые слова Escherichia coli, щавелевоуксусная кислота, ацетил-КоА, метаболическая инженерия, рекомбинантные штаммы, анаэробный метаболизм, латентные биохимические пути

Код ГРНТИ31.27.19

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Современной тенденцией для биотехнологического получения промышленно значимых химикатов является разработка микробных биосинтетических платформ, вместо создания разрозненных узкоспециализированных штаммов продуцентов. В рамках данного подхода биосинтез ряда структурно родственных соединений обеспечивается на основе единого базового штамма, при вовлечении того или иного центрального метаболита в целевой биохимический путь. Многие промышленно значимые химикаты могут быть получены в результате относительно простых превращений ограниченного числа клеточных метаболитов. К этим метаболитам, в частности, относятся щавелевоуксусная кислота и ацетил-КоА, консервативные интермедиаты центрального метаболизма множества организмов. Ключевым условием успешной реализации стратегии метаболической инженерии при конструировании высокоэффективных продуцентов промышленно значимых веществ является высокая степень изученности биохимического аппарата объекта направленных модификаций, исходного микроорганизма. Однако в подавляющем большинстве случаев сведения о метаболизме объекта ограничены информацией, полученной с использованием немодифицированных представителей соответствующего вида, штаммов дикого типа. При этом, множественные модификации, в особенности затрагивающие центральный метаболизм клетки, вызывают значительные и трудно предсказуемые изменения функционирования биохимического аппарата организма, связанные, в частности, с активацией латентных метаболических путей в результате выраженного перераспределения потоков углерода в клетках модифицированного штамма. Вместе с тем, информация об особенностях метаболизма ключевых интермедиатов центральных биохимических путей у множественно модифицированных штаммов, является крайне востребованной, так как именно ее отсутствие препятствует широкому внедрению в экспериментальную практику стратегии создания микробных биосинтетических платформ. Экспериментальное получение такой информации в значительной степени осложняется малой доступностью адекватного генноинженерного инструментария, позволяющего пошагово конструировать множественно модифицированные штаммы с четко определенной структурой хромосомы. Промышленно значимые химические соединения в большинстве своем являются более восстановленными веществами по сравнению с сахарами, традиционными субстратами микробной биотехнологии. Поэтому соответствующие процессы биосинтеза предполагают соблюдение условий анаэробиоза. Вместе с тем, эффективная анаэробная конверсия субстрата в целевой продукт, сопряженная с окислением гликолитически сформированных восстановленных эквивалентов, исключает возможность анаэробного роста клеток. Это определяет целесообразность накопления биомассы штамма продуцента в условиях аэрации. В совокупности эти требования обуславливают предпочтительное использование факультативно анаэробных бактерий в качестве продуцентов промышленно значимых химикатов. Таким образом, настоящий проект направлен на исследование особенностей анаэробного метаболизма щавелевоуксусной кислоты и ацетил-КоА в клетках множественно модифицированных факультативно анаэробных бактерий. Исследование особенностей анаэробного метаболизма щавелевоуксусной кислоты и ацетил-КоА в клетках множественно модифицированных факультативно анаэробных бактерий будет проводиться с использованием Escherichia coli в качестве модельного организма. За основу будет взят рекомбинантный штамм E. coli, направленно сконструированный и охарактеризованный с целью минимизации вовлечения интермедиатов метаболического узла фосфоенолпируват/щавелевоуксусная кислота/ацетил-КоА в реакции смешаннокислотного брожения и непродуктивного “избыточного” бактериального метаболизма, аналогичного эффектам Варбурга и Крэбтри эукариотических клеток. Новизна задачи, таким образом, состоит в том, что особенности анаэробного метаболизма щавелевоуксусной кислоты и ацетил-КоА при дополнительном внесении направленных модификаций будут исследованы не в произвольном штамме бактерий дикого типа, а в биохимически охарактеризованном множественно модифицированном рекомбинантном штамме, перспективном для создания на его основе эффективных продуцентов промышленных значимых соединений. Разработанный членами коллектива оригинальный инструментарий презицизионной хромосомальной рекомбинационной инженерии, позволит получать производные базового штамма со стабильной и строго определенной структурой генома. На каждом этапе работ эффект модификаций, влияющих на внутриклеточный метаболизм щавелевоуксусной кислоты и ацетил-КоА будет оцениваться при хроматографическом анализе изменения профилей метаболитов, формируемых рекомбинантными штаммами. Значительная секреция штаммами нестандартных метаболитов или же метаболитов являющихся продуктами инактивированных биохимических путей будет являться следствием активации латентных метаболических путей. Идентификация соответствующих путей будет осуществляться в результате биоинформатического и делеционного анализа.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---