AP26194471 – Жасыл биоотын технологиясындағы микроорганизмдердің бірегей метаболикалық мүмкіндіктерін анықтау үшін экстремалды экожүйелерге метагеномдық және метатранскриптомдық зерттеулер жүргізу
Мақсаты – инновациялық және экологиялық тұрақты биоотын технологияларын дамытуға негіз болатын бірегей метаболикалық мүмкіндіктері бар микроорганизмдер жинағын анықтау және толықтыру мақсатында экстремалды экожүйелердің метагеномдық және метатранскриптомдық деректерін зерттеу болып табылады.
Жобаның өзектілігі: Бұл жобаның өзектілігі микроорганизмдердің орасан зор, бірақ жеткіліксіз зерттелген әртүрлілігімен және олардың биоэнергетикадағы пайдаланылмаған метаболикалық әлеуетімен байланысты. Микробиология саласындағы жетістіктерге қарамастан, көптеген микроорганизмдер, әсіресе ыстық бұлақтар, тұзды орталар және терең анаэробты аймақтар сияқты экстремалды экожүйелерде тіршілік ететін түрлер әлі де белгісіз болып қала береді. Бұл орталарда бейімделгіш метаболикалық қабілеттері бар бірегей микробтық қауымдастықтар қалыптасқан, олар «жасыл» биожанармайларды әзірлеуге инновациялық шешімдер ұсына алады. Дәстүрлі зерттеу әдістері микроорганизмдердің толық әртүрлілігін қамтуда шектеулі болғандықтан, метагеномика және метатранскриптомика сияқты заманауи тәсілдерді қолдану аса маңызды. Бұл әдістер жасырын генетикалық және функционалдық ақпаратқа қол жеткізуге мүмкіндік беріп, биосутек, биобутанол және биодизель өндіруге қажетті негізгі метаболикалық жолдарды анықтауға жағдай жасайды. Сондықтан бұл жоба микроорганизмдердің әлеуетін ашу арқылы тұрақты энергетикаға көшуге және экологиялық таза биожанармай технологияларын дамытуға ықпал ететіндіктен аса өзекті болып табылады.
Ғылыми жетекші: Ph.D. докторы, Какимова Ардак Болатовна
Күтілетін және қол жеткізілген нәтижелер: Жоба аясында Қазақстанның әртүрлі экстремалды экологиялық аймақтарында, соның ішінде Алматы, Шығыс Қазақстан, Қызылорда, Батыс Қазақстан және Павлодар облыстарында ауқымды далалық зерттеулер сәтті жүргізілді. Геотермалды бұлақтардан, тұзды топырақтардан, шөлді аймақтардан және минералданған су қоймаларынан топырақ пен су үлгілері алынды, бұл экстремофильді микробтық қауымдастықтардың репрезентативті деректер жиынтығын қамтамасыз етті. Үлгілерді алу барлық биологиялық қауіпсіздік талаптарын сақтай отырып жүргізілді, оның ішінде стерильділік, GPS белгілеу, құжаттау және дұрыс тасымалдау қамтамасыз етілді. Алынған үлгілерден жоғары сапалы ДНҚ бөлініп алынып, кейінгі метагеномдық талдау үшін сенімді негіз қалыптастырылды. Екінші кезеңде таңдалған үлгілерге кешенді метагеномдық талдау жүргізілді, әр үлгі биологиялық қайталанулармен зерттеліп, нәтижелердің статистикалық дәлдігі қамтамасыз етілді. Үлгілер жоғары өнімді секвенирлеу (NGS) технологиялары арқылы зерттеліп, кейін сүзу, аннотациялау және таксономиялық профильдеу сияқты терең биоинформатикалық өңдеуден өтті. Нәтижелер барлық үлгілерде бактериялар басым екенін, сонымен қатар жоғары тұздылық пен температура ауытқуларына бейімделген архейлердің едәуір үлесі бар екенін көрсетті. Clostridium, Acetobacterium, Desulfovibrio, Halomonas, Synechococcus және Nostoc сияқты көптеген микробтық туыстар анықталды, бұл олардың кең метаболикалық мүмкіндіктерін көрсетеді. Функционалдық талдау барысында сутек метаболизміне қатысатын негізгі гендер, оның ішінде [FeFe] және [NiFe] гидрогеназалары мен олардың жетілу гендері анықталып, биологиялық сутек өндіру мүмкіндігі расталды. Сонымен қатар, нитрогеназа гендері табылып, анаэробты жағдайда сутек түзілуінің балама жолдары бар екені анықталды. Сондай-ақ липидтер биосинтезіне және май қышқылдары метаболизміне қатысатын гендер анықталып, биодизель өндірісіне жарамды жоғары липид жинақтаушы микроорганизмдердің бар екенін көрсетті. Бутанол және ABE-ашыту жолдарына қатысты гендер табылып, микробтық қауымдастықтардың биобутанол, ацетон және этанол сияқты биожанармайларды өндіру қабілеті дәлелденді. Сонымен қатар, целлюлазалар мен лигнинді ыдырататын ферменттерді қоса алғанда, өсімдік биомассасын ыдырататын ферменттердің кең спектрі анықталды, бұл олардың органикалық субстраттарды биоконверсиялау қабілетін көрсетеді. Тұз, температура және тотығу стрессіне төзімділік гендерінің болуы анықталған микроорганизмдердің жоғары бейімделу қабілетін дәлелдейді. Алынған нәтижелер негізінде жоғары биотехнологиялық әлеуеті бар таза дақылдарды бөліп алу үшін басым үлгілер таңдалды. Жалпы, жоба құнды ғылыми деректер қорын қалыптастырып, экстремофильді микроорганизмдер негізінде тұрақты биожанармай технологияларын дамытуға негіз қалады.