14 616 21 0001 Федеральная целевая программа Исследования

14. 616. 21. 0001 Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014— 2020 годы» Приоритетное направление: Науки о жизни Программное мероприятие: III Ежегодная Всероссийская научнопрактическая конференция «Исследования и разработки - 2016» Соглашение № 14. 616. 21. 0001 от 09. 2014 на период 2014 - 2017 гг. Тема: Биоэкономичный синтез лигнанов Руководитель проекта: Зав. Лабораторией энзиматической деградации органических соединений ИБФМ РАН, З. Д. Н. , д. б. н. , проф. Головлева Л. А. Получатель субсидии Цели и задачи проекта Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина Российской академии наук Индустриальный партнер Институт Био- и Геонаук, Исследовательский Центр Юлих, Германия (http: //www. fz-juelich. de/Shared. Docs/Personen/IBG 1/EN/Research_groups/general/pietruszka. html? nn=1421204) Основной вид деятельности: научно-исследовательская работа. Роль в проекте: органический и биокаталитический синтез монолигнолов и лигнанов, гетерологическая экспрессия и дизайн комбинированных метаболических путей Целью проекта является разработка высокоэффективного нового способа направленного биосинтеза природных и неприродных лигнанов с помощью бактериальной системы экспрессии (на основе E. coli). Для реализации поставленной цели предполагается решение следующих основных задач: 1. Поиск и гетерологическая экспрессия в клетках E. coli алкалофильных лакказ, специфичных к природным и неприродным монолигнолам; 2. Гетерологическая экспрессия в клетках E. coli белков-диригентов в качестве инструмента для регио- и стереоселективной полимеризации природных и неприродных монолигнолов; 3. Химический синтез природных и неприродных монолигнолов для последующего бактериального синтеза лигнанов и сравнительного анализа, предварительный биосинтез природных и неприродных лигнанов in vitro посредством отобранных лакказ и белков-диригентов; 4. Метаболическая инженерия бактериальной продукции лигнанов и их аналогов. Ожидаемые результаты проекта В ходе настоящего проекта будет создан принципиально новый и высокоэффективный способ биологического синтеза ценных природных и неприродных лигнанов на основе E. coli, обладающий рядом преимуществ перед традиционными способами получения лигнанов (химическим синтезом и экстракцией растительного материала): а) быстротой и легкостью получения (высокие титры конечного продукта, отсутствие высоких концентраций примесей, легкость разрушения бактериальных клеток); б) экологической безопасностью (неиспользование токсичных соединений, отсутствие вредных продуктов, водная среда); в) минимальными затратами (не требует дорогих катализаторов, повышенных энергозатрат (температуры, давления), синтез основан на модификации первичных клеточных метаболитов) и г) возможностью направленного и контролируемого получения широкого спектра лигнанов с новыми свойствами. Полученные в проекте данные откроют перспективные возможности создания совершенно новых потенциально востребованных фармакологических препаратов, расширят горизонты биотехнологического применения лакказ и белков-диригентов, позволят заложить фундаментальные знания о структуре и функции ферментов в целом. Перспективы практического использования Предложенная в результате проекта бактериально-клеточная технология синтеза ценных лигнанов может получить широкое применение в фармакологической промышленности для синтеза биологически активных соединений с канцеролитическими, цитостатическими, антиоксидантными, антибактериальными, фунгицидными, антипаразитарными, стимулирующими и адаптогенными свойствами. Текущие результаты проекта В ходе работ по проекту в 2016 году получены следующие основные результаты: 1. Осуществлена гетерологическая экспрессия в клетках E. coli наиболее перспективной грибной лакказы из ранее отобранного грибного штамма Rhyzoctonia solani F-895, активной с природными и неприродными монолигнолами в щелочных условиях. 2. Проведена гетерологическая экспрессия в клетках E. coli наиболее перспективной бактериальныой лакказы из ранее отобранного бактериального штамма Streptomyces violaceus Ac-512, активной с природными и неприродными монолигнолами в щелочных условиях. 3. Осуществлена кристаллизация наиболее перспективных для целей проекта лакказ из ранее отобранных грибных штаммов Lentinus strigosus 1566, Rhyzoctonia solani F-895, Curvularia geniculata F-3561 и Myrothecium verrucaria F 3851. С помощью методов рентгеноструктурного анализа и молекулярного моделирования исследованы структуры лакказ штаммов Lentinus strigosus 1566 и Rhyzoctonia solani F-895, выявлены структурные детерминанты, предположительно определяющие функциональные характеристики ферментов. 4. Получены 5 мутантных форм лакказы грибного штамма Rhyzoctonia solani F-895 с измененными кинетическими свойствами посредством сайт-направленного мутагенеза. Найдены эндогенные детерминанты, определяющие связывание монолигнолов в полости Т 1 -центра лакказы штамма R. solani F-895. В настоящий момент осуществляются исследования физико-химических, кинетических и структурных свойств белковдиригентов (at. Dir 6 и fi. Dir 1), адаптация белков-диригентов с целью улучшения их каталитической активности и расширения субстратной специфичности. Проводится оптимизация бактериальной платформы синтеза п-кумарового спирта на основе E. coli для получения монолигнолов. 14. 616. 21. 0001