Ксилан является гемицеллюлозой, в больших количествах содержится в клеточной стенке растений и препятствует всасыванию питательных веществ, содержащихся в растительном сырье. Идея проекта заключается в получении гликозилированной ксиланазы в культуре дрожжей, изучение ее биохимических характеристик, определении рН и температурной стабильности, возможности получения в промышленных условиях для применения ксиланазы в ферментативном гидролизе растительного ксилана. Продукты гидролиза – олигоксиланы являются соединениями с пребиотическими свойствами. Получение ксиланазы в дрожжах позволит получить гликозилированый вариант бактериальной ксиланазы, что улучшит рН и температурную стабильность фермента, а подбор условий для промышленного получения ксиланазы позволит перевести лабораторные исследования в категорию промышленного применения.

Актуальность

Проект посвящен получению гликозилированной ксиланазы в промышленных условиях. Ранее, получена и изучена бактериальная ксиланаза из B.licheniformis. Изученные показатели показали перспективность фермента для промышленного применения и следующим логическим шагом является получение штамма-продуцента пригодного для культивирования в промышленных условиях. В тоже время, проведенные исследования на других ферментах показали, что P.pastoris обладает системой гликозилирования, повышающая термостабильность фермента. В качестве объектов исследования будут выбраны ксиланазы из бактерий Bacillus (Geobacillus) stearothermophilus, Bacillus licheniformis, Thermus thermophilus. Хозяйским штаммом дрожжей будут выбраны метилотрофные дрожжи Pichia (Komagataella) pastoris штамм Х33. Для промышленного культивирования будет использован метод глубинной ферментации в биореакторах-ферментерах объемом до 500 литров.

Научная новизна проекта заключается в том, что будет получена и изучена гликозилированная ксиланаза с улучшенными показателями по термостабильности и рН устойчивости. Практическая значимость проекта заключается в получении фермента для гидролиза растительного фермента методом промышленной биотехнологии. Социально-экономический эффект от реализации проекта заключается в выпуске биопрепарата для перерабатывающей промышленности.

Цель

получение гликозилированной ксиланазы в дрожжах в промышленных условиях для ферментативного гидролиза растительного ксилана.

Ожидаемые результаты

В результате проведенных исследований будет получена бактериальная ксиланаза, определены ее биохимические характеристики, определены температурные и рН показатели стабильности фермента, оценена возможность культивирования штамма-продуцента в условиях глубинной ферментации в биореакторах и оценена перспектива применения ксиланазы в технологии глубокой переработки растительного ксилана.

По результатам проекта 1 (одна) статья будет опубликована, принята в печати или подана в рецензируемое научное издание, входящее в Science Citation Index Expanded или Social Citation Index в базе Web of Science и (или) имеющее процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 35 (тридцати пяти).

Область применения ожидаемого результата – биотехнология. Целевыми потребителями ожидаемого результата являются биотехнологические компании и предприятия задействованные в переработке растительного сырья.

Полученные в ходе реализации проекта результаты будут способствовать развитию отечественной биотехнологической науки.

Полученные результаты положительным образом повлияют на развитие основного научного направления – молекулярная биотехнология, технология глубокой переработки растительного сырья.

Социально-экономический эффект заключается в подготовке научных кадров, так как в проекте задействованы молодые специалисты, готовящиеся к защите своих PhD-работ и магистерских работ, и результаты проекта будут использованы при подготовке 1 PhD-диссертации и 1 диссертации на соискание магистра.

Руководитель проекта

Хасенов Бекболат (Scopus Author ID: 36096620800; ORCID: http://orсid.org/0000-0003-4572-948X; Researcher ID: AAM-8657-2020), руководитель проекта, заведующий лабораторией генетики и биохимии микроорганизмов, кандидат химических наук.  Автор 147 публикаций, том числе 45 статей, из которых 14 опубликованы в рецензируемых англоязычных изданиях и автор 16 патентов, h-индекс 6 (Scopus), 5 (Web of Science).

Члены исследовательской группы:

Кирибаева Асель (Scopus Author ID: 57215499873;  http://orсid.org/0000-0002-8293-2340; Researcher ID: N-6774-2017), исполнитель, научный сотрудник, ЕНУ (бакалавриат, магистратура и PhD-докторантура). 11 лет научного стажа (микробиология, биотехнология, молекулярной биология), 19 публикаций (8 статей, в том числе Scientific Reports (Q1, IF-3.998, Процентиль 93)), 8 патентов, h-индекс 1 (WoS).

Муканов Биржан (http://orсid.org/0000-0002-8540-245X), исполнитель, лаборант, окончил ЕНУ, обучается в магистратуре (ЕНУ) по специальности «Биотехнология».

Публикации и охранные документы по теме проекта:

1. 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. doi: 10.3390/bios9040115.(Q2, IF-3.24, Процентиль-84, CS=3.57)
2. Mussakhmetov A, Shumilin IA, Nugmanova R, Shabalin IG, 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). pp328-333. doi:10.1016/j.bbrc.2018.08.190 (Q3, IF-2.559, Процентиль-74, CS-2.69)
3. Turgimbayeva A, Abeldenov S, Zharkov DO, Ishchenko AA, Ramankulov Y, Saparbaev M, Khassenov Characterization of biochemical properties of an apurinic/apyrimidinic endonuclease from Helicobacter pylori // PLoS One. 2018. Vol.13. N 8. e0202232. doi:10.1371/journal.pone.0202232. (Q2, IF-2.74, Процентиль-90, CS-2.97)
4. 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, P.1-16. doi:10.1016/j.dnarep.2015.05.007. (Q2, IF-3.339, Процентиль-71, CS-3.36).
5. Kalendar, R., Khassenov, B., Ramankulov, Y., Samuilova, O., Ivanov, K.I. FastPCR: An in silico tool for fast primer and probe design and advanced sequence analysis // Genomics. 2017. Vol.109, P.312-319.doi: 10.1016/j.ygeno.2017.05.005 (Q2, IF-2.91, Процентиль-61, CS-2.77).
6. Kalendar R., Tselykh T.V., Khassenov, Ramanculov E.M. Introduction on using the FastPCR software and the related Java web tools for PCR and oligonucleotide assembly and analysis // Methods in Molecular Biology. 2017. Vol.1620, P.33-64. doi: 10.1007/978-1-4939-7060-5_2 (Процентиль-19, CS-1.8).
7. Sarina N, Abeldenov S, Turgimbayeva A, Zhylkibayev A, Ramankulov Y, Khassenov B, Eskendirova S. Obtaining and characterization of monoclonal antibodies against recombinant extracellular domain of human epidermal growth factor receptor 2 // Human Antibodies. 2018. Vol.26. N 2. P.103-111. doi: 10.3233/HAB-170327. (Процентиль-21, CS-1.6)
8. 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. doi: 10.1038/s41598-020-60631-0. (Q1, IF-3.998, Процентиль-93, CS-4.29)
9. KiribayevaK., Mukanov B.A., Baduanova S.D., Silayev D.V., Ramankulov Ye.M., Khassenov B.B. Isolation and study of a recombinant carbohydrase xylanase from Bacillus licheniformis // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. 2019. Iss.2. pp.68-72. DOI: 10.11134/btp.1.2019.8 (РИНЦ 0.09)
10. Kirillov S., Silaev D., Abeldenov S., Khassenov Heterologous extracellular expression of bacterial phytase (AppA) in Pichia pastoris and its biochemical characterization // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. — 2016. — Iss.4. — pp. 36-44. DOI: 10.11134/btp.4.2016.5
11. Kiribayeva, Ramanculov E., Khassenov B. Constitutive expression of thermostable α-amylase from Bacillus licheniformis in Pichia pastoris // Journal of Biotechnology. 2017. Vol.256S, P.S64. doi: 10.1016/j.jbiotec.2017.06.1017 (Q2, IF-3.503, Процентиль-74, CS-3.09)
12. KiribayevaK., Silayev D.V., Baduanova S.D., Khassenov B.B. Enrichment of grain hydrolysate with bacterial protein // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. 2019. Iss.1. pp.85-89. DOI: 10.11134/btp.1.2019.10 (РИНЦ 0.09)
13. Aktayeva S., Baltin K., Ramankulov Ye., Khassenov Isolation and identification of the keratin degrading bacteria // Journal of Biotechnology. 2019. Vol.305S. P.S30. doi: 10.1016/j.jbiotec.2019.05.112 (Q2, IF-3.503, Процентиль-74, CS-3.09)
14. Akishev Zh., Abeldenov S., Ramanculov E., Khassenov Expression of camel (Camelus bactrianus) and bovine (Bos taurus) chymosin in Pichia (Komagataella) pastoris // Journal of Biotechnology. 2017. Vol.256S, P.S73–S74. doi: 10.1016/j.jbiotec.2017.06.1050 (Q2, IF-3.503, Процентиль-74, CS-3.09).
15. Кирибаева А., Раманкулов Е.М., Хасенов Б. Рекомбинантный штамм дрожжей Pichia pastoris В-721, продуцирующий бактериальную альфа-амилазу // Патент Республики Казахстан №32901 от 29.05.2018
16. Кириллов С., Абельденов С., Силаев Д., Хасенов Б. Рекомбинантный штамм Pichia pastoris X-33/appa, продуцирующий бактериальную фитазу AppA // Патент Республики Казахстан №32368 от 16.08.2017.
17. Кириллов С.О., Абельденов С.К., Балтин К.К., Мусахметов А.С., Ли П.К., Силаев Д.В., Раманкулов Е.М., Хасенов Б.Б. Способ получения ферментной кормовой добавки фитазы // Патент Республики Казахстан №34593 от 25.09.2020.
18. Akishev Zh.D., Abdullayeva A.N., Abeldenov S.K., KhassenovB. Expression and characterization of bovine chymosin in Pichia (Komagataella) pastoris // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. — 2017. — N.2. pp. 64-67. DOI: 10.11134/btp.2.2017.10.

Достигнутые результаты

2021 год

Получена гликозилированная ксиланаза в дрожжах, изучены ее биохимические свойства, методом глубинной ферментации дрожжевой штамм-продуцент ксиланазы прокультивирован в биореакторе, проведен ферментативный гидролиз растительного ксилана. Последовательность гена xynT6 депонирована в данных GenBank за номером MZ733680.

Публикации и охранные документы

• 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. doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07137 (процентиль по базе данных Scopus – 75).
• Kiribayeva A., Mukanov B., Silayev D., Akishev Zh., Ramankulov Ye., Khassenov B. Cloning, expression, and characterization of a recombinant xylanase from Bacillus sonorensis T6// PLoS One 2021. (CiteScore — 5.3, Процентитиль — 92, Impact Factor — 3.24, Квартиль – Q2).