| Аннотация |
Грибковые заболевания ежегодно уничтожают до трети продовольственных культур, нанося серьезный экономический ущерб. Заражение грибными токсинами пищевых продуктов и корма для КРС также представляет угрозу продовольственной безопасности. Применение химических фунгицидов в сельском хозяйстве несет ряд серьезных рисков, поэтому все большим спросом пользуются биопрепараты на основе бактерий с фунгицидной активностью. Но природные биофунгициды зачастую все же менее эффективны, чем токсичные химические средства, что затрудняет переход к экологически чистому сельскому хозяйству. Очевидна необходимость в более эффективных препаратах, объединяющих свойства разных природных штаммов.
В данном проекте с применением технологий генной инженерии будут созданы новые штаммы споровых бактерий родов Bacillus и Paenibacillus, а также консорциумы штаммов на их основе, которые смогут стать основой для новых биофунгицидных препаратов. Эти бактерии имеют огромный потенциал в разработке биопрепаратов, однако разные виды обладают разными узкоспецифичными полезными свойствами. Для объединения этих свойств в одном препарате нужны консорциумы бактерий, дополняющих друг друга, и технологии генной инженерии, позволяющие объединять гены синтеза биоактивных веществ в одном геноме.
В отобранные из природных местообитаний бактерии с потенциально полезными свойствами (синтез биоактивных продуктов, нерибосомальных пептидов и поликетидов, ферментов, разрушающих микотоксины и т.д.) будут введены гены хитиназы из близкородственных видов. Объединение разных механизмов фунгицидной активности в одном геноме позволит получить новые высокоэффективные штаммы.
При трансформации планируется в качестве маркеров для селекции клонов использовать ген дигидрофолат редуктазы dfrA и ТА-системы, что позволит отказаться от часто используемых маркеров - генов резистентности к популярным антибиотикам, и повысить безопасность получаемого препарата.
Изменяя геном штаммов, важно не потерять те их свойства, которые делают данную группу бактерий столь ценной для биотехнологии, а именно способность расти в консорциумах, образовывать споры и биопленки. Эти свойства новых рекомбинантных штаммов, а также изменения в регуляции экспрессии ключевых генов, также будут протестированы, как и биобезопасность полученных штаммов. Изучение данных фундаментальных вопросов позволит сформировать новое наукоемкое направление в производстве биопрепаратов, и вывести его на новый уровень.
Коллектив ЮФУ имеет опыт в разработке препаратов для сельскохозяйственных животных и культурных растений. Планируются полевые испытания препаратов в опытном хозяйстве “Недвиговка” (ЮФУ). Коллектив МФТИ имеет опыт по разработке генноинженерных штаммов, в том числе споровых бактерий.
Практическое применение результатов данного проекта возможно в двух основных направлениях: 1 - разработка препаратов для обработки полей и посевного материала с целью снижения уровня грибковых заболеваний среди сельскохозяйственных растений, 2 - обработка кормов для сельскохозяйственных животных для оптимизации хранения и снижения порчи корма и накопления микотоксинов.
Планируется работа с индустриальными партнерами: уже на первом этапе работ будет собрана коллекция фитопатогенных грибов с полей сельскохозяйственных угодий и из образцов кормов для сельскохозяйственных животных, а при поиске перспективных штаммов будут отобраны антагонисты к ним. Разработанные в ходе проекта фунгицидные препараты будут производиться на базе индустриального партнера (ООО “Агрохолод”) и реализовываться через его систему сбыта.
Fungal diseases destroy up to a third of food crops annually, causing serious economic losses. Contamination of food and cattle feed with fungal toxins also poses a threat to food security. The use of chemical fungicides in agriculture carries a number of serious risks, so biopreparations based on bacteria with fungicidal activity are in increasing demand. However, natural biofungicides are often less effective than toxic chemicals, which complicates the transition to environmentally friendly agriculture. There is an obvious need for more effective preparations that combine the properties of different natural strains.
In this project, using genetic engineering technologies, new strains of spore-forming bacteria of the Bacillus and Paenibacillus genera will be created, as well as consortia of strains based on them, which can become the basis for new biofungicide preparations. These bacteria have great potential in the development of biopreparations, but different species have different narrowly specific beneficial properties. To combine these properties in one preparation, we need consortia of bacteria that complement each other, and genetic engineering technologies that allow combining genes for the synthesis of bioactive substances in one genome.
Chitinase genes from closely related species will be introduced into bacteria selected from natural habitats with potentially useful properties (synthesis of bioactive products, nonribosomal peptides and polyketides, enzymes that destroy mycotoxins, etc.). Combining different mechanisms of fungicidal activity in one genome will allow us to obtain new highly effective strains.
During transformation, it is planned to use the dihydrofolate reductase gene dfrA and the TA system as markers for clone selection, which will allow us to abandon frequently used markers - genes of resistance to popular antibiotics, and increase the safety of the resulting preparation. When changing the genome of strains, it is important not to lose those properties that make this group of bacteria so valuable for biotechnology, namely the ability to grow in consortia, form spores and biofilms. These properties of new recombinant strains, as well as changes in the regulation of expression of key genes, will also be tested, as well as the biosafety of the obtained strains. The study of these fundamental issues will allow us to form a new science-intensive direction in the production of biopreparations and bring it to a new level.
The SFedU team has experience in developing drugs for farm animals and crops. Field trials of drugs are planned at the Nedvigovka experimental farm (SFedU). The MIPT team has experience in developing genetically engineered strains, including spore-forming bacteria. The practical application of the results of this project is possible in two main areas: 1 - development of preparations for treating fields and seed material in order to reduce the level of fungal diseases among agricultural plants, 2 - treatment of feed for farm animals to optimize storage and reduce spoilage of feed and accumulation of mycotoxins.
It is planned to work with industrial partners: already at the first stage of the work, a collection of phytopathogenic fungi will be collected from agricultural fields and from samples of feed for farm animals, and when searching for promising strains, antagonists to them will be selected. The fungicidal preparations developed during the project will be produced at the industrial partner (OOO Agrokholod) and sold through its distribution system.
|
| Ключевые слова |
Paenibacillus, Bacillus, рекомбинантные штаммы, антимикотики, липопептиды, хитиназа, противогрибковые, антагонизм, регуляция экспрессии, гетерологичная экспрессия, биопленки, бактериальные консорциумы
|
