Учёные ИЦиГ СО РАН показали потенциал протиста имени Стругацких для науки и биотехнологий

Новый микроорганизм, найденный в Чёрном море, быстро делится, неприхотлив и свободен от лицензионных ограничений, что делает его интересным и для фундаментальной науки, и для будущих биореакторов.

Учёные ИЦиГ СО РАН завершили двухлетнее исследование микроорганизма Thraustochytrium aureum ssp. strugatskii, открытого в Чёрном море и названного в честь братьев Стругацких. Новый протист может использоваться и как модельный объект для фундаментальной науки, и как возможный продуцент ценных веществ для фармацевтики и косметологии.

По словам ведущего научного сотрудника ИЦиГ СО РАН, к.б.н. Алексея Мензорова, основной задачей проекта было понять, как устроен и функционирует этот организм. Исследователи построили трёхмерную реконструкцию его клеток на разных стадиях жизненного цикла – от подвижной зооспоры до взрослого «шарика»‑зооспорангия – и подробно описали, как многоядерная клетка синхронно делится и превращается в множество дочерних спор. «Мы хотели узнать, как он устроен, какая у него трёхмерная организация и по каким законам идёт деление. Для этого мы разработали математическую модель жизненного цикла», – объясняет учёный.

Созданная агент‑ориентированная модель позволяет воспроизводить рост многоядерных клеток, синхронное деление ядер и переход к образованию зооспор при разных вариантах питательной среды. Обычно при работе с биореакторами исследователи смотрят только на итоговый выход продукта, не учитывая отдельные стадии жизненного цикла. «Потенциально такая модель позволит эффективнее подбирать условия культивирования в биореакторе, хотя сейчас это в первую очередь результат для фундаментальной науки», – отмечает Алексей Мензоров.

Отдельное направление работы – биоинформатический анализ метаболизма протиста. Учёные сравнили его гены и транскриптом с родственными организмами и показали, что Thraustochytrium aureum ssp. strugatskii обладает «полным набором» ферментов для синтеза и модификации жирных кислот, а также способен вырабатывать сквален. Эти соединения востребованы как компоненты вакцин и в косметологии. «Мы можем предсказать, какие метаболиты он вырабатывает, и подтвердили, что он способен синтезировать жирные кислоты и сквален. В перспективе, он мог бы стать важным промышленным микроорганизмом, но, чтобы точно подтвердить это, нужны отдельные биотехнологические исследования», – говорит Мензоров.

Пока выводы сделаны на основе «сухих» методов – геномики и транскриптомики, без выделения веществ в пробирке. Следующий логичный шаг, по словам исследователя, – поставить уже биотехнологические эксперименты: вырастить культуру, выделить жирные кислоты, измерить их количество и состав. Если к микроорганизму проявят интерес промышленники, разумной стратегией он называет сравнение всех доступных в России представителей этого таксона и выбор того штамма, который в заданных условиях даёт максимум нужных метаболитов.

Новый протист удобен и как модельный объект для протистологии и системных исследований простейших: он быстро делится, относительно неприхотлив к условиям культивирования, а его внутриклеточная организация описана намного лучше, чем у большинства родственников. Команда ИЦиГ СО РАН проанализировала клеточный цикл на всех уровнях микроскопии, включая электронную, и подготовила подробный обзор по этой группе организмов.

Есть у этого микроорганизма и еще одно достоинство. Организм выделен и изучен российскими учёными, поэтому в случае с биотехнологиями, его использование не будет упираться в зарубежные лицензионные ограничения, которые нередко сопровождают промышленные штаммы. Сейчас команда продолжает уточнять оптимальные условия культивирования в лаборатории; если дальнейшие опыты покажут высокий выход целевых продуктов, у «протиста Стругацких» есть шанс стать интересным не только для фундаментальной науки, но и для проектов в области биотехнологий.

Пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН