22 марта 2023 году состоялся онлайн-семинар с международным участием «Перспективы редактирования геномов и метаболического моделирования метанотрофных бактерий». Мероприятие было проведено в рамках программы работы НЦМУ «Агротехнологии будущего» по проекту «Направленный поиск и метаболическая инженерия новых метанотрофных бактерий как продуцентов кормового белка для высокоэффективной аквакультуры».
В семинаре приняли участие представители научных коллективов ФИЦ Биотехнологии РАН, Пущинского Научного Центра биологических исследований РАН, Университета «Сириус», Университета Сан Диего (США) и ООО «Пластилин».
Участники мероприятия обсудили последние достижения в области метаболической инженерии аэробных метанотрофных бактерий. Аэробные метанотрофы – это прокариотические микроорганизмы, обладающие уникальными ферментами, метанмонооксигеназами, позволяющими им использовать метан (СН4) в качестве ростового субстрата. Эта метаболическая особенность метанотрофов делает их привлекательными объектами биотехнологий, основанных на использовании метана для производства микробного белка и ряда других продуктов с добавочной стоимостью на природном газе. Растущий интерес к этим технологиям обусловлен высокой доступностью СН4, являющегося основным компонентом природного газа и биогаза, образуемого в результате анаэробной переработки органических отходов.
Первой реализованной в промышленном масштабе технологией с использованием метанотрофов явилось получение микробной биомассы, пригодной в качестве эффективной белковой добавки в корма для аквакультуры и сельскохозяйственных животных. Известны также и работы по использованию метанотрофов для получения разнообразных соединений, таких как каротиноиды, полигидроксибутират и полисахариды. В исследованиях последних десятилетий основной упор делается на модификации биохимических путей метанотрофов для получения целевых метаболитов.
Развитие подобных биотехнологий конверсии метана с применением метанотрофов предполагает привлечение методов геномного редактирования для улучшения характеристик штаммов этих бактерий, используемых для производства. Специфика метаболизма СН4-использующих бактерий, а также сложности работы с этими объектами долгое время сдерживали развитие метаболической инженерии метанотрофов. В последние десятилетия в области метаболической инженерии аэробных метанотрофов были достигнуты существенные успехи и подобран инструментарий для редактирования геномов этих микроорганизмов. Использование этого инструментария открыло возможности получения штаммов с биотехнологически ценными характеристиками, а также более глубокого изучения метаболических особенностей аэробных метанотрофов.
С приглашенным докладом на семинаре выступила одна из ведущих мировых экспертов в области исследования метанотрофии — профессор Университета Сан Диего (США) Калюжная Марина. Возглавляемый ею научный коллектив работает в области разработки биотехнологий, основанных на применении метанотрофов, уже более десятилетия и имеет множество успешно реализованных проектов с биотехнологическими компаниями США и Южной Кореи. Параллельно, коллективом проф. Калюжной ведутся глубокие фундаментальные исследования ранее неизученных аспектов метаболизма метанотрофов, связанных с энергетикой процессов окисления метана, организацией внутрицитоплазматических мембран, причинами экскреции существенного пула метаболитов во внеклеточное пространство и проч.
 |
 |
 |
Одним из ключевых подходов в современных исследованиях метанотрофии является создание метаболических моделей для различных представителей метанотрофных бактерий и верификация этих моделей с использованием данных транскриптомных и протеомных исследований. Доклад на эту тему был сделан с.н.с. Научного центра информационных технологий и искусственного интеллекта Университета «Сириус» к.б.н. Акбердиным И.Р.
Особое внимание на семинаре было уделено рассмотрению эффективности подходов, используемых для редактирования геномов метанотрофов. С докладом на эту тему выступил с.н.с. Пущинского Научного Центра биологических исследований РАН, к.б.н. Бут С.Ю., который представил критический анализ всей совокупности работ, опубликованных по редактированию геномов метанотрофов и использованному в этих работах инструментарию.
В докладах с.н.с. ФИЦ Биотехнологии РАН к.б.н. Ошкина И.Ю. и с.н.с. Пущинского Научного Центра биологических исследований РАН к.б.н. Розовой О.Н. были представлены новые данные об особенностях метаболизма метанотрофных бактерий рода Methylococcus, которых традиционно используют в биотехнологии получения кормового белка на природном газе. Были также представлены данные о характеристиках новых штаммов этих бактерий, полученных сотрудниками ФИЦ Биотехнологии РАН и особенностях организации их геномов и данных транскриптомных исследований этих бактерий при росте на метане и метаноле.