AP26193911 – Научное обоснование, разработка и тестирование синтетических микробиомов из бактерий – продуцентов АЦК-дезаминазы для снижения этиленового стресса у растений

Цель – исследование метагеномных и метатранскриптомных данных экстремальных экосистем с целью выявления и пополнения коллекции микроорганизмов, обладающих уникальными метаболическими возможностями, что создаст основу для разработки инновационных и экологически устойчивых биотопливных технологий.

Актуальность: Актуальность данного проекта обусловлена усиливающимся воздействием изменения климата, включая повышение температуры, засухи и засоление почв, которые негативно влияют на рост растений и снижают сельскохозяйственную продуктивность. Стресс-индуцированное образование этилена дополнительно подавляет развитие растений, в то время как интенсивное использование химических удобрений ухудшает качество и плодородие почв. Казахстан сталкивается с острой необходимостью перехода к экологически чистому сельскому хозяйству, делая органическое земледелие и биоудобрения стратегическим приоритетом. Однако существующие биоудобрения, особенно импортные, часто оказываются неэффективными в специфических условиях засоленных и засушливых регионов. Проект направлен на решение этой проблемы путем разработки синтетических микробиомов на основе бактерий-продуцентов АЦК-дезаминазы, адаптированных к экстремальным условиям, что позволит повысить устойчивость растений к стрессам и их рост. Таким образом, проект является высокоактуальным, поскольку способствует развитию устойчивого сельского хозяйства, снижению негативного воздействия на окружающую среду и укреплению продовольственной безопасности, а также развитию отечественных биотехнологий.

Научный руководитель: Доктор Ph.D., Ассоциированный профессор, Косалбаев Бекжан Дуйсенбиұлы

Ожидаемые и достигнутые результаты: В рамках проекта успешно проведён комплекс работ по сбору и анализу почвенных образцов из экстремальных экосистем Казахстана. Всего было отобрано 20 образцов почвы из различных сред, включая засоленные, щелочные, песчаные, термофильные и загрязнённые тяжёлыми металлами почвы в Алматинской, Туркестанской, Жамбылской и Кызылординской областях. Эти образцы обеспечили репрезентативное покрытие экстремальных экологических ниш для выявления бактерий, стимулирующих рост растений (PGPB). Все образцы прошли микробиологический анализ, включая секвенирование 16S rRNA для оценки таксономического разнообразия и выявления потенциально полезных микроорганизмов, связанных с активностью АЦК-дезаминазы. Дополнительно было проведено глубокое метагеномное секвенирование, по результатам которого как минимум три образца показали высокую представленность гена acdS и связанных маркеров. Эти образцы были выбраны в качестве приоритетных для дальнейшего выделения штаммов. На основе транскриптомных профилей были определены наиболее метаболически активные таксоны микробиомов экстремальных почв. Из выбранных образцов успешно выделены чистые культуры бактерий, стимулирующих рост растений, с использованием различных питательных сред, включая TSB, LB, DF и минимальную DF. С помощью автоматизированной системы QPix было получено более 500 бактериальных изолятов, что обеспечило эффективный и высокопроизводительный отбор. Изоляты были идентифицированы с помощью анализа гена 16S rRNA и сгруппированы примерно в 50 видов. Среди доминирующих родов выявлены Aeromonas, Bacillus, Pseudomonas, Enterobacter, Halomonas и другие, обладающие высоким биотехнологическим потенциалом. Полученные результаты создали прочную основу для отбора штаммов с высокой активностью АЦК-дезаминазы и формирования синтетических микробных сообществ. В целом проект достиг значительного прогресса в выявлении и выделении перспективных бактериальных ресурсов для устойчивого сельского хозяйства.