Актуальность

Протеолитические ферменты или протеазы являются ферментами гидролизующими белки по пептидным связям и классифицируются на семейства сериновых, цистеиновых, аспартатных и металлопротеаз. Протеазы встречаются во всех живых организмах: микробах, животных и растениях, но в промышленной биотехнологии большую часть ферментов получают микробным синтезом. Бактерии Bacillus с высокой продуктивностью продуцируют протеазы активные в нейтральном и щелочном значении рН, толерантные к высоким температурам, органическим растворителям и детергентам. Протеолитические ферменты, продуцируемые Bacillus, применяют в различных областях человеческой деятельности: в производстве детергентов, в составе моющих средств, в пищевой промышленности, в сыроварении, в хлебопечении, в фармацевтической отрасли, при синтезе стереоизомерных соединений, в косметологической индустрии, в кожевенном производстве, при очистке сточных вод, в кормовой индустрии.

Проект направлен на поиск, выделение и изучении новых протеолитических ферментов бактериального происхождения. Поиск новых протеаз будет проводиться среди природных штаммов с выраженной протеолитической активностью. Перспективными такими штаммами являются бактерии рода Bacillus, являющихся потенциальными объектами промышленной биотехнологии. В рамках проекта будет осуществлено изучение кандидатных ферментов, определены биохимические параметры (температурный и рН оптимумы, температурная и рН стабильность, устойчивость к ионам металлов, органическим растворителям и детергентам, изучение кинетических характеристик). Основная проблема, на которую нацелен проект – поиск новых протеолитических ферментов для использования в технологиях переработки мясной, молочной продукции, кожи, в сыроварении, кормовой и пищевой индустрии. Будут использованы методы молекулярной биологии, микробиологии, биохимии, генетики и геномики, биотехнологии.

Научная новизна заключается в получении новых протеолитических ферментов и изучении их биохимических свойств. Практическая значимость заключается в разработке технологии получения новых биопрепаратов на основе протеолитических ферментов, ориентированных на применение в пищевой, кормовой и перерабатывающей промышленности.

Цель

Цель проекта заключается в изучении новых протеолитических ферментов бактериального происхождения.

Ожидаемые результаты

• Будут выделены и идентифицированы протеолитические микроорганизмы.
• Будет изучен ферментативный состав протеолитических штаммов и подобраны условия для максимальной продукции протеаз.
• Будет секвенирован геном продуцирующих протеазы штаммов и клонированы гены протеаз и пептидаз.
• Будут выделены и очищены протеолитические ферменты и исследованы их биохимические параметры.
• Будут определены гидролизующие свойства протеолитических ферментов и изучена их субстратная специфичность и кинетические параметры активности.

Руководитель проекта

Хасенов Бекболат, заведующий лабораторией генетики и биохимии микроорганизмов НЦБ. ResearcherID: AAM-8657-2020, ORCID: 0000-0003-4572-948X, Scopus Author ID: 36096620800

Члены исследовательской группы

Актаева Сания, магистр, старший научный сотрудник. ResearcherID: AAR-5133-2020, ORCID: 0000-0001-6346-5866, Scopus Author ID: 57439359000

Акишев Жигер, магистр, старший научный сотрудник. ResearcherID: N-6206-2017, ORCID: 0000-0001-9943-1625, Scopus Author ID: 56674741700

Кирибаева Асель, магистр, старший научный сотрудник. ResearcherID: N-6774-2017, ORCID: 0000-0002-8293-2340, Scopus Author ID: 57215499873

Мусахметов Арман, магистр, старший научный сотрудник. ResearcherID: AAQ-9945-2020, ORCID: 0000-0002-6182-3487, Scopus Author ID: 57203751227

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 A5.3 Strain with Keratinolytic Activity // Biology (MDPI). 2022, Vol 11, Issue 2, e244. doi:10.3390/biology11020244 (Q1, IF=5.079, CiteScore=3.3, Процентиль=79).
2. Kiribayeva A., Mukanov B., Silayev D., Akishev Zh., Ramankulov Ye., Khassenov B. Cloning, expression, and characterization of a recombinant xylanase from Bacillus T6 // PLoS One. 2022. Vol.17(3). e0202232. doi:10.1371/journal.pone.0202232 (Q2, IF=3.24, CiteScore=5.3, Процентиль=92).
3. Aktayeva S., Baltin K., Ramankulov Ye., Khassenov B. 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=3.142, CiteScore=3.09, Процентиль=74).
4. 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.1. pp.68-72. doi:10.11134/btp.1.2019.8. (РИНЦ 0,117)
5. Kiribayeva, Ramanculov E., Khassenov B. Constitutive expression of thermostable α-amylase from Bacillus licheniformisin Pichia pastoris // Journal of Biotechnology. 2017. Vol.256S, P.S64. doi:10.1016/j.jbiotec.2017.06.1017 (Q2, IF=3.142, CiteScore=3.09 Процентиль=74).
6. Aktayeva, Akishev Zh., Khassenov B. Proteolytic enzymes in cheese making // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. Iss.1. 2018. pp. 10-14. doi:10.11134/btp.1.2018.2 (РИНЦ 0,117)
7. 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 от11.2021.

Достигнутые результаты

В лаборатории создана коллекция штаммов с протеолитической активностью и принадлежащие видам: B.licheniformis, B.velezensis, B.subtilis, B.amyloliquefaciens, B.sonorensis. Разработана методика мечения белковых субстратов красителями и разработан метод биотинирования пептидов, что позволяет исследовать свойства протеаз качественными тестами (зимографический анализ) и проводить точные количественные измерения активности путем спектрофотометрической детекции степени гидролиза белкового субстрата или детекцией олигопептидов люминисцентными методами.