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

Номер контракта: 14.626.21.0003

Руководитель: Яненко Александр Степанович

Должность: Зам.директора института

Организация: федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"
Организация докладчика: Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
незаменимые аминокислоты, l-лизин, brevibacterium/corynebacterium, метаболическая инженерия, полногеномное секвенирование, штаммы-продуценты, повышение продуктивности, микробиологический синтез, кормовые добавки, микробная конверсия, возобновляемое сырье

Цель проекта:
Важнейшей задачей, на решение которой направлен проект является преодоление зависимости российских производителей от импортных поставок аминокислот и создание эффективной кормовой базы для развития отечественного животноводства и птицеводства на основе продуктов биотехнологии. 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, предназначенных для производства кормовых добавок для сельского хозяйства. Получаемые результаты ПНИЭР послужат основой для последующего создания Индустриальным партнёром во взаимодействии с Получателем субсидии новых видов продукции и технологий промышленного производства незаменимой аминокислоты L-лизина ферментацией возобновляемого сырья с помощью штаммов-суперпродуцентов мирового уровня.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе ПНИЭР должны быть разработаны следующие научные и научно-технические результаты:

1. Методы реконструкции генома бактерий Brevibacterium flavum (Corynebacterium glutamicum), предназначенных для производства целевого продукта: L – лизина.
2. Промышленный штамм Brevibacterium flavum (Corynebacterium glutamicum) – суперпродуцент L-лизина, использующий растительное возобновляемое сырье (продукты переработки зерновых сельскохозяйственных культур) в качестве основных компонентов питательной среды и предназначенный для применения в условиях промышленного производства.
3. Штаммы дрожжей, предназначенные для утилизации пентозан-содержащего сырья: побочного продукта переработки зерна пшеницы.
4. Технологический процесс (лабораторный и опытно–промышленный регламенты) изготовления аминокислотной кормовой добавки с содержанием лизина сульфата не менее 75 % .
5. Аминокислотная кормовая добавка с содержанием лизина сульфата не менее 75 % (Лизин-75).
6. Технологический процесс (лабораторный регламент) изготовления белковой кормовой добавки на основе продуктов ферментации пентозан-содержащего сырья.
7. Белковая кормовая добавка на основе продуктов ферментации пентозан-содержащего сырья.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Важнейшим продуктом выполнения проекта является технологический процесс (биотехнология) изготовления аминокислотной кормовой добавки с содержанием лизина сульфата не менее 75 %. Разрабатываемая технология получения незаменимой аминокислоты L-лизина базируется использовании возобновляемого сырье (продуктах переработки зерна), штаммах-продуцентах лизина мирового уровня, обеспечивающих изготовление нового для рынка продукта – кормовую добавку с содержанием лизина сульфата не менее 75%, что превосходит аналоги по этому показателю (65-70%).

На основе созданных технологий впервые в России и мировой практике Индустриальный партнер создаст производство незаменимой аминокислоты лизина на основе зерна пшеницы.
Способом достижения заявленных результатов является направленная реконструкция генома бактерий Corynebacterium/Brevibacterium,
путем изменения свойств ферментов, их регуляции, увеличения синтеза предшественников, блокирования побочных реакций и направления метаболических потоков в сторону целевого продукта -L-лизина. Конструирование штамма-суперпродуцента лизина базируется на основе полногеномного анализа создаваемых штаммов и принципах метаболической инженерии.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты проекта предназначены для предприятий биотехнологической отрасли, использующих специализированные
штаммы микроорганизмов для конверсии (ферментации) возобновляемого сырья в продукты с высоким рыночным
потенциалом, в т.ч. незаменимые аминокислоты - важнейшие кормовые добавки для животноводства.
Область применения результатов проекта – сельское хозяйство. Разрабатываемые технологии позволят решить проблему
обеспечения животноводства самой востребованной кормовой добавкой - незаменимой аминокислотой L-лизином.
В результате реализации проекта будет преодолена зависимость российских производителей от импортных поставок
аминокислот и заложена основа создания эффективной кормовой базы для развития отечественного животноводства и
птицеводства на основе продуктов биотехнологии.
Результаты проекта планируется использовать Индустриальным партнером на создаваемом заводе по производству лизина. Такой завод 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.

Обязательства по практическому внедрению результатов проекта - Индустриальный партнер обеспечит внедрение (промышленное освоение) результатов ПНИЭР не позднее 2019 года посредством использования созданного штамма –суперпродуцента лизина и технологии синтеза лизина с использованием штамма на создаваемом в настоящее время заводе по производству лизина по адресу: Белгородская область, Шебекенский район, тер. Биотехнологический центр, Проектная мощность завода: 35 тыс. тонн аминокислотной кормовой добавки в год на сумму 2 млрд. руб. в год.

Текущие результаты проекта:
С использованием методов генетической и метаболической инженерии получена серия мутантных штаммов производных B.flavum 90 с разным набором генетических модификаций, изменяющих активность ключевых ферментов биосинтеза лизина, синтеза предшественников лизина, транспорт глюкозы в клетку и синтеза кофактора НАДФН, необходимого для синтеза лизина. Выявлены комбинации генетических модификаций, повышающие продукцию лизина измененными штаммами в лабораторных ферментерах. Выбран штамм, по показателям накопления лизина на 80% превышающий исходный. Осуществлено секвенирование генома мутантного штамма Brevibacterium flavum 90 с повышенной продуктивностью по лизину, полученного традиционными методами мутагенеза и отбора, и на основе сравнения результатов секвенирования выявлено 377 отличий в геномах базового и мутантного штаммов. На основе анализа выявленных отличий разработана стратегия дальнейшего совершенствования штамма-продуцента. Выполнен комплекс исследований, касающихся важнейших элементов технологического процесса биосинтеза лизина, которые обеспечили максимальный уровень продукции лизина. Разработаны требования к сырью для биосинтеза лизина, оптимизированы режимы стерилизации отдельных компонентов сырья и определен порядок приготовления из отдельных компонентов питательной среды для биосинтеза лизина. Осуществлен выбор видов подпитки (источники азота и углерода) для процесса биосинтеза лизина и отработаны режимы подачи подпитки в реактор, обеспечивающие максимальный уровень накопления лизина в процессе ферментации.