Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание на основе полногеномного анализа и метаболической инженерии промышленных штаммов микроорганизмов – суперпродуцентов незаменимых аминокислот и их использование в технологиях производства кормовых добавок для сельского хозяйства

Докладчик: Яненко Александр Степанович

Должность: заместитель директора ФГУП "ГосНИИгенетика" по научной работе, д.б.н., профессор

Цель проекта:
Сложившийся в настоящее время технологический уклад основан на использовании углеводородов нефти и газа в качестве основного сырья для производства топлива, химикатов, лекарственных препаратов и даже пищевых и кормовых продуктов. Углеводородная экономика, несмотря на выдающиеся достижения, обнаружила пределы развития, связанные с исчерпанием углеводородных ресурсов и ростом экологических проблем. Последние годы отмечены поисками альтернативных источников развития. Растительное возобновляемое сырье рассматривается в качестве одного из важнейших ресурсов развития. Биотехнологии конверсии возобновляемого сырья в различные продукты с высоким рыночным потенциалом уже продемонстрировали свою эффективность. В настоящее время выпуск некоторых биотехнологических продуктов по объемам сравнялся с объемами продукции нефтехимического синтеза: этанол – свыше 60 млн. тонн, аминокислоты – около 5 млн. тонн, лимонная кислота – свыше 1 млн. тонн. На повестке дня создание биотехнологий получения химикатов из возобновляемого сырья как альтернативы органическому синтезу. Целью выполнения ПНИЭР является создание необходимого и достаточного научно-технического задела в области конструирования на основе полногеномного анализа и метаболической инженерии промышленных штаммов микроорганизмов - суперпродуцентов незаменимых аминокислот и их использования в технологиях производства кормовых добавок для сельского хозяйства. Созданный задел должен быть использован Индустриальным партнером (ЗАО «Завод премиксов №1») во взаимодействии с Получателем субсидии (ФГУП «ГосНИИгенетика») для разработки и промышленного производства незаменимых аминокислот, прежде всего L-лизина, ферментацией возобновляемого сырья с помощью штаммов- суперпродуцентов мирового уровня.Предлагаемые ПНИЭР являются директивно заданными, подлежащими к проведению в рамках осуществления Государственной программы Российской Федерации «Развитие промышленности и повышение её конкурентоспособности на период до 2020 года», Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013–2020 годы (утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2014 г. №315). КОНЦЕПЦИЯ развития отрасли птицеводства Российской Федерации на период 2013-2020 годов (ПРИЛОЖЕНИЕ №2 к приказу Минсельхоза России от 15 декабря 2010 № 433) содержит в качестве первоочередных задач: - создание мощностей по выпуску препаратов лизина; - восстановление отечественной микробиологической промышленности для удовлетворения потребностей отрасли птицеводства в витаминных препаратах и аминокислотах. Согласно «Комплексной программе развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года» производство незаменимых аминокислот с помощью микробиологического синтеза отнесено к числу важнейших приоритетов. Данный проект полностью соответствует приоритетам Технологической платформы «БиоТех2030».

Основные планируемые результаты проекта:
При выполнении проекта должны быть получены следующие научно-технические результаты:
1 Новые методы реконструкции генома бактерий Corynebacterium glutamicum, приводящие к
сверхсинтезу целевых продуктов.
2 Промышленный штамм Brevibacterium flavum (Corynebacterium glutamicum) - суперпродуцент L-
лизина, адаптированный к промышленным источникам возобновляемого сырья и условиям
промышленного производства.
3 Лабораторный регламент изготовления аминокислотной кормовой добавки с содержанием лизина
сульфата не менее 75% с помощью микробиологического синтеза.
4 Опытные партии аминокислотной кормовой добавки с содержанием лизина сульфата не менее 75%,
полученные на основе продуктов лизиновой ферментации.
5 Опытно-промышленный регламент изготовления аминокислотной кормовой добавки из
возобновляемого сырья с помощью микробиологического синтеза.
6 Штаммы дрожжей, утилизирующие побочные продукты глубокой переработки зерна пшеницы.
7 Опытные партии белковой кормовой добавки на основе продуктов ферментации пентозан-содержащего
сырья
8 Лабораторный регламент изготовления белковой кормовой добавки на основе ферментации пентозан-
содержащей фракции глубокой переработки зерна пшеницы.
Данный проект представляет собой комплекс работ, направленных на разработку методов реконструкции
генома бактерий Corynebacterium glutamicum, приводящих к сверхсинтезу целевых продуктов.
Разрабатываемые методы будут базироваться на основе полногеномного анализа создаваемых штаммов и
принципах метаболической инженерии. Возможности новых методов реконструкции генома
Corynebacterium glutamicum будут продемонстрированы на примере создания промышленного штамма-
продуцента лизина мирового уровня на основе рационального конструирования и традиционной селекции.
Такой подход к созданию штамма-продуцента, по нашему мнению, позволит использовать сильные
стороны каждого из этих методов и обеспечит достижение целей проекта.
Создание в России производства незаменимых аминокислот, в первую очередь, лизина, будет иметь
кумулятивный эффект в области сельского хозяйства, прежде всего, в области производства мяса.
Важнейшими задачами данного проекта являются создание штамма-продуцента лизина мирового уровня, адаптированного к промышленной
сырьевой базе на основе зерна пшеницы, разработка технологий биосинтеза лизина и изготовления
кормовой добавки с содержанием лизин сульфата не менее 75%. Результаты проекта позволят обеспечить
конкурентоспособное производство лизина в Российской Федерации. Решение этих задач будет
базироваться на новых знаниях механизмов регуляции различных этапов биосинтеза, умении осуществлять
реконструкцию генома Corynebacterium, приводящую к сверхсинтезу целевых продуктов и обширном
опыте управляемого культивирования созданных штаммов в ферментерах объемом от 1 до 200 л с целью
раскрытия их потенциала продуцировать клеточные метаболиты.Реализация проекта позволит
впервые в мировой практике организовать промышленное производство незаменимой аминокислоты на
основе продуктов переработки зерна пшеницы.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
 Разрабатывая технология производства незаменимой аминокислоты лизина предназначена для организации производства кормовых добавок, применяемых для балансировки содержания лизина в кормах и повышения их питательной ценности;
 Результаты ПНИЭР планируются к промышленному освоению Индустриальным партнером – Заводом
премиксов №1 - на заводе по производству лизина, который в настоящее время находится на завершающей
стадии строительства. Для реализации планов по промышленному освоению результатов ПНИЭР
Индустриальный партнер выполнит необходимый объем опытно-технологических работ на собственной
пилотной установке, разработает полный комплект технологической документации. На основании
приемочных испытаний будет откорректирована техническая документация, изготовлены опытные и
промышленные партии продукции, что позволит провести сертификацию продукции. Планируется начать
использование результатов ПНИЭР не позднее 2019 г
Создание завода по производству лизина на основе зерна пшеницы окажет влияние не только на
состоянии кормовой базы для животноводства, но и обеспечит стабилизирующее влияние на рынок зерна
в регионе. Использование зерна пшеницы в качестве источника сахаров для ферментационных процессов
позволит обеспечить отечественную микробиологическую промышленность сырьем и будет
способствовать её возрождению.
Разрабатываемые методы создания штаммов-продуцентов для технологий микробиологического синтеза
обладает значительным потенциалом трансформации и могут быть использованы для получения других
продуктов из возобновляемого сырья – биотоплива, химикатов, мономеров для синтеза биодеградируемых
полимеров

Текущие результаты проекта:
Учитывая, что выполнение проекта началось только 20 ноября 2014 г. , основные результаты связаны с анализом научно-технической, нормативной, методической литературы направленной на повышение продуктивности штаммов-продуцентов незаменимой аминокислоты лизина кормового назначения, процессов биосинтеза и создания аминокислотных и белковых кормовых добавок, а также проведение теоретических исследований вариантов оптимальных технологических решений по конструированию штаммов-суперпродуцентов и разработке способов биосинтеза лизина с помощью ферментации возобновляемого сырья.