Проект направлен на исследование спорогенеза непатогенных бактерий рода Bacillus. В рамках проекта будут исследованы факторы, активирующие или ингибирующие процесс спорообразования, определены механизмы споруляции и прорастания эндоспор бацилл. Основная проблема, на которую нацелен проект – выявить и изучить аспекты, влияющие на споруляцию Bacillus и провести направленное геномное редактирование двух перспективных штаммов Bacillus licheniformis и Bacillus paralicheniformis, продуцирующих амилолитические и протеолитические ферменты, соответственно с использованием системы CRISPR-Cas9 для получения аспорогенных вариантов штаммов-продуцентов.

Актуальность

Эндоспоры образуются внутри бактериальной клетки и представляют собой высокоспециализированный тип клеток, предназначенных для выживания в неблагоприятных условиях. Эндоспоры высокоустойчивы к голоданию, высоким температурам, ионизирующему излучению, механическому повреждению, химическим растворителям, моющим средствам, гидролитическим ферментам, высыханию, экстремальным значениям рН и действию антимикробных препаратов.

Спорообразующие бактерии считаются потенциальными источниками опасности в пищевой цепи и контроль за спорообразующими бактериями требует понимания характеристик эндоспор. Непатогенные спорообразователи наносят значительный экономический ущерб производителям пищевых продуктов. Наиболее часто выделяемыми спорами являются Bacillus, что примерно 68,9% от всех изолятов. Селективное предотвращение спорообразования видов Bacillus является задачей ученых и технологов, что позволит увеличить продуцирующую способность ферментируемых штаммов. Для обеспечения безопасного производства пищевых продуктов и продуктов длительного хранения существует очевидная потребность в дополнительных знаниях о спорообразующих бактериях, а использование CRISPR/Cas9 позволит получать аспорогенные штаммы-продуценты.

Цель проекта

Цель проекта заключается в исследовании механизма споруляции и прорастания эндоспор Bacillus и редактирование геномов Bacillus licheniformis и Bacillus paralicheniformis для получения амилолитического и протеолитического аспорогенных штаммов.

Ожидаемые результаты

• Будут изучены физико-химические факторы, влияющие на спорообразование и изучено влияние химических агентов, ферментов, компонентного состава питательной среды, условия ферментации.
• Будет изучена адгезивность и гидрофобность/гидрофильность эндоспор; будет определено влияние температуры, влажности, давления, ультрафиолетового и микроволнового облучения, воздействие ультразвуком, обработка кислотами, щелочью, детергентами, мутагенами, ферментами, антибиотиками на жизнеспособность спор.
• Будут изучены условия для активации и прорастания спор: температурные условия, влажность, влияние различных химических веществ: соли металлов, аминокислоты, вторичные метаболиты, питательная среда.
• Будут изучены данные по генам, вовлеченных в спорогенез бактерий Bacillus, анализированы нуклеотидные последовательности геномов B.licheniformis и B.paralicheniformis для поиска потенциальных мишеней для нокаута и редактирования генов.
• Будет проведено геномное редактирование амилолитического B.licheniformis и протеолитического B.paralicheniformis штаммов и получены их аспорогенные модификации.

Руководитель проекта

Хасенов Бекболат Бауржанович (h-индекс 10), заведующий лабораторией генетики и биохимии микроорганизмов, кандидат химических наук, профессор по специальности «Биологические науки». Хасенов Б. является автором более 120 публикаций и автор 22 патентов РК. Researcher ID: AAM-8657-2020, ORCID: 0000-0003-4572-948X, Scopus Author ID: 36096620800

Члены исследовательской группы

Акишев Жигер, PhD, h-индекс 7, специализируется на генетических исследованиях и биохимии ферментов, старший научный сотрудник, автор 33 публикаций и 5 патентов РК. ResearcherID: N-6206-2017, ORCID: 0000-0001-9943-1625, Scopus Author ID: 56674741700

Актаева Сания, PhD, h-индекс 3, специализируется на изучении спорообразующих протеолитических и кератинолитических микроорганизмах, старший научный сотрудник, автор 15 публикаций и 2 патента РК. ResearcherID: AAR-5133-2020, ORCID: 0000-0001-6346-5866, Scopus Author ID: 57439359000

Мусахметов Арман, магистр, окончил PhD докторантуру, h-индекс 4, специализируется на биохимии ферментов и биотехнологии, старший научный сотрудник, автор 21 публикаций и 3 патентов РК.

Попова Виктория, магистрант 2-го курса кафедры «Биология и общая генетика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева, специализация – генетика микроорганизмов, лаборант, автор 3 публикаций. ResearcherID: JLN-1946-2023, ORCID: 0009-0001-1211-7244

Публикации и охранные документы по теме проекта

1. Aktayeva S., Baltin K., Kiribayeva A., Akishev Zh., Silayev D., Ramankulov Ye., Khassenov B. Isolation of Bacillus sp. A5.3 Strain with Keratinolytic Activity // Biology (MDPI). 2022, Vol 11, Issue 2, e244. https://doi.org/10.3390/biology11020244 (Q2, IF 4.2, CiteScore 4.0, Percentile 61).
2. Akishev Zh., Aktayeva S., Abdullayeva A., Baltin K., Kiribayeva A, Mussakhmetov A, Tursunbekova A., Ramankulov Ye., Khassenov B. Obtaining of recombinant camel chymosin and testing its milk-clotting activity on cow’s, goat’s, ewes’, camel’s and mare’s milk Biology (MDPI). 2022, Vol 11, Issue 11, e1545. https://doi.org/10.3390/biology11111545 (Q2, IF 4.2, CiteScore 4.0, Percentile 61).
3. Kiribayeva A., Mukanov B., Silayev D., Akishev Zh., Ramankulov Ye., Khassenov B. Cloning, expression, and characterization of a recombinant xylanase from Bacillus sp. T6 // PLoS One. 2022. Vol.17(3). e0202232. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0202232 (Q2, IF 3.7, CiteScore 6.0, Percentile 87).
4. Akishev Zh., Kiribayeva A, Mussakhmetov A, Baltin K., Ramankulov Ye., Khassenov B. Constitutive expression of Camelus bactrianus prochymosin B in Pichia pastoris // Heliyon. 2021. Volume 7, Issue 5, e07137 https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07137 (CiteScore 2.7, Percentile 75).
5. Matta E., Kiribayeva A., Khassenov B., Matkarimov B., Ishchenko A. Insight into DNA substrate specificity of PARP1-catalysed DNA poly(ADP-ribosyl)ation // Scientific Reports. 2020. Vol.10(1), 3699. pp.1-11. https://doi.org/10.1038/s41598-020-60631-0 (Q1, IF 4.38, CiteScore 7.1, Percentile 93).
6. Turgimbayeva A, Abeldenov S, Zharkov D.O, Ishchenko A.A, Ramankulov Y, Saparbaev M, Khassenov B. Characterization of biochemical properties of an apurinic/apyrimidinic endonuclease from Helicobacter pylori // PLoS One. 2018. Vol.13(8). e0202232. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0202232 (Q2, IF 3.24, CiteScore 5.3, Percentile 92).
7. Kalendar R., Khassenov B., Ramankulov Ye., Samuilova O., Ivanov K. Fast PCR: An in silico tool for fast primer and probe design and advanced sequence analysis // Genomics. 2017. Vol.109. pp. 312-319. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2017.05.005 (Q1, IF 5.736, CiteScore 4.0, Percentile 48).
8. Abeldenov S., Talhaoui I., Zharkov D.O., Ishchenko A.A., Ramanculov E., Saparbaev M., Khassenov B. Characterization of DNA substrate specificities of apurinic/apyrimidinic endonucleases from Mycobacterium tuberculosis // DNA Repair. 2015, Vol. 33. pp. 1-16 https://doi.org/10.1016/j.dnarep.2015.05.007 (Q1, IF 4.913, CiteScore 5.9, Percentile 68).
9. Mussakhmetov A., Shumilin I.A., Nugmanova R., Shabalin I.G., Baizhumanov T., Toibazar D., Khassenov B., Minor W., Utepbergenov D. A transient post-translational modification of active site cysteine alters binding properties of the parkinsonism protein DJ-1 // Biochemical and Biophysical Research communications. 2018. Vol.504(1). Pp. 328-333. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.08.190 (Q2, IF 3.572, CiteScore 5.5, Percentile=62).
10. Aktayeva S., Baltin K., Ramankulov Ye., Khassenov B. Isolation and identification of the keratin degrading bacteria // Journal of Biotechnology. 2019. Vol. 305S. P.S30. (Q1, IF 4.913, CiteScore 5.9, Percentile 68).
11. Sarsen A., Saginova M., Akishev Zh., Aktayeva S., Manabayeva Sh., Khassenov B. Molecular phylogenetic analysis of Tulipa (Liliaceae) from Aksu-Zhabagly Nature Reserve // Plant Science Today. 2023 Vol 10, Issue 2, P.302–309. https://doi.org/10.14719/pst.2153 (Q4, Impact Factor 0.9, CiteScore 1.1, Percentile 28).
12. Aktayeva S., Sarsen A., Mussakhmetov A., Kiribayeva A., Tursunbekova A., Khassenov B. Development of microbiological diffusion inhibition test for the determination of antibiotic residues in the milk // Eurasian Journal of Applied Biotechnology, 2023. No. 2. P.44-5. https://doi.org/10.11134/btp.2.2023.6 (RSCI).
13. Aktayeva S., Kiribayeva A., Makasheva D., Astrakhanov M., Tursunbekova A., Baltin K., Khassenov B. Isolation, identification and usage of Bacillus strains in microbial inhibition test in milk Eurasian Journal of Applied Biotechnology, 2022. No. 4. P.49-57 https://doi.org/10.11134/btp.4.2022.6 (RSCI).
14. Актаева С.А., Балтин К.К., Кирибаева А.К., Раманкулов Е.М., Хасенов Б.Б. Штамм бактерий Bacillus licheniformis T7 – продуцент протеаз и кератиназы Патент Республики Казахстан №35357 от 12.11.2021.
15. Barshevskaya L.V., Sotnikov D.V., Zherdev A.V., Khassenov B.B., Baltin K.K., Eskendirova S.Z., Mukanov K.K., Mukantayev K.K., Dzantiev B.B. Triple Immunochromatographic System for Simultaneous Serodiagnosis of Bovine Brucellosis, Tuberculosis, and Leukemia // Biosensors (Basel). 2019 Vol.9(4),115. pp. 1-10. https://doi.org/10.3390/bios9040115 (Q2, IF 5.972, Cite Score 5.6, Percentile 89).

Достигнутые результаты

2024 год

Изучено влияние физико-химических факторов, биохимических факторов на процесс споруляции бактерии Bacillus paralicheniformis Т7. Установлено, что добавление сульфата магния, сульфата железа, хлоридов калия, марганца или кальция в состав среды стимулирует образование эндоспор штамма. Изучена адгезивность, гидрофобности/гидрофильность эндоспор Bacillus paralicheniformis Т7, определена их устойчивость к абиотическим и биотическим стрессовым факторам, к физическому и химическому воздействию, антибиотикам, лизирующим агентам. Установлено, что эндоспоры обладают высокой гидрофобностью в водных растворах, устойчивы к воздействию ультразвука, сохраняют способность к прорастанию после нагрева при 90°С в течение 60 минут, выдерживают тепловую обработку при 121°С в течение 30 минут, устойчивы к 3 М фосфорной кислоты и 200 мМ NaOH. Споры Bacillus paralicheniformis Т7 устойчивы к линкозамидам, ансамицинам, хинолонам, фторхинолонам, макролидам, тетрациклинам, аминогликозидам, гликопептидам в концентрации 10 мкг/мл и выдерживают обработку лизоцимом в концентрации 100 мг/мл.

Публикации за 2024 год

1. Aktayeva S., Khassenov B. High keratinase and other types of hydrolase activity of the new strain of Bacillus paralicheniformis // PLoS One. 2024. Vol.19(10). e0312679. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0312679
2. Попова В.C., Кирибаева А.К., Силаев Д.В., Хасенов Б.Б. Изучение термостабильной амилазы штамма Bacillus paralicheniformis // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. №.3S, 2024 Специальный выпуск “Международная научная конференция “Astana Biotech 2024”. 2024. Астана, С.133.