КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 19-14-00190
НазваниеРазработка растительной экспрессионной системы наработки артемизинина с использованием методов синтетической биологии.
Руководитель Долгов Сергей Владимирович, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук , г Москва
Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-209 - Биотехнология (в том числе бионанотехнология)
Ключевые слова артемизинин, хризантема, трансгенные растения, биофарминг, малярия
Код ГРНТИ34.15.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Задачей предлагаемого проекта является решение проблемы производства биофармацевтических веществ небелковой природы на примере артемизинина с использованием растительных экспрессионных систем, созданных с использованием методов синтетической биологии.
Малярия- группа хронических трансмиссивных инфекционных заболеваний, передаваемых человеку при укусах малярийных комаров рода Anopheles. В настоящее время благодаря миграции населения, устойчивые очаги малярии сформировались в Московской области и на Кавказе. С 2016г. в России регистрируются летальные исходы от малярии. Предполагается, что наблюдающееся потепление климата будет способствовать распространению малярии в России, т.к. увеличится период эффективной заражаемости комаров.
В настоящее время наиболее эффективными лекарственными средствами для лечения малярии являются комбинированные с артемезинином лекарственные средства (рекомендовано резолюцией ВОЗ WHA60.18, май 2007). Артемизинин представляе собой терпеновый лактон, содержится в растении полынь однолетняя (Artemisia annua) и имеет высокую эффективность против малярии, но его производство в мире недостаточно. Поэтому в настоящее время активно изучается возможность производства артемизинина методами, альтернативными экстракции из природных источников. Необходимо отметить, что в России до сих пор не производятся ни артимизинин, ни какие-либо другие антималярийные субстанции.
Основной трудностью, лимитирующей получение веществ небелковой природы в растениях, является то, что для их синтеза требуются длинные биохимические цепочки и регулируемые соответствующими генетическими модулями. Для получения в растениях низкомолекулярных веществ небелковой природы требуется перенос в геномы растений группы гетерологичных генов и обеспечение их скоординированной экспрессии. В последние годы в биофарминг начинают внедряться современные подходы синтетической биологии, которые позволяют осуществлять перепроектирование существующих биологических систем для заданных целей. Современные методы молекулярной биологии растений позволяют создавать генетические и биохимические модули, и переносить их в растения для получения соединений, которые не синтезируются в данном виде растений. Исследования в мире в этой области в мире пока очень немногочисленны.
В ходе исследований будут:
1. Клонированы гены пути биосинтеза артемизинина из полыни Artemisia annua;
2. Получена серия векторов для трансформации растений хризантем, в том числе вектор, несущий генетический модуль, включающий все 5 генов пути биосинтеза артемизинина («мегавектор»), и вектор для замалчивания экспрессии гена сквален-синтазы хризантемы;
3. Получены трансгенные растения хризантем, трансформированные генами биосинтеза артемизинина, проведён анализ накопления артемизинина в полученных растениях, отобраны линии-продуценты;
4. Изучено влияние замалчивания гена сквален-синтазы на накопление артемизинина в растениях-продуцентах;
5. Разработан лабораторный протокол выделения артемизинина из биомассы трансгенных растений хризантем, проведёно изучение особенностей его структуры в сравнении с артемизинином, выделенным из природного источника A. annua;
6. Проведено изучение антималярийных свойств артемизинина на лабораторных животных.
В качестве экспрессионной платформы для наработки артемизина будет использована Хризантема садовая (Chrysanthemum morifolium). Особенностью хризантемы, определившей её выбор как экспрессионной платформы, является наличие в этом растении высокого уровня вторичных метаболитов, в частности, ключевого предшественника артемизинина - фарнезилдифосфата. Уровень накопления фарнезилдифосфата может быть дополнительно повышен за счет замалчивания гена сквален-синтазы хризантемы. Это делает возможным получение растений-продуцентов с высоким уровнем накопления артемизинина. Кроме того, для хризантемы детально разработаны методы биотехнологии, включая надёжные и воспроизводимые методы генетической трансформации.
В результате реализации проекта, будет впервые разработана экспрессионная платформа на основе растений хризантем для получения антималярийного агента артемизинина. Растения-продуценты и полученные в ходе реализации проекта новые знания будут использованы в дальнейших исследованиях по разработке инновационной технологической платформы для производства артемизинина. Это позволит резко снизить себестоимость его производства, повысить доступность для различных категорий потребителей и, тем самым, увеличить конкурентоспособность фармацевтической промышленности. Кроме того, полученные новые знания могут быть использованы для разработки технологий производства различных низкомолекулярных соединений биофармацевтического назначения на основе растительных экспрессионных систем и в исследованиях в области синтетической биологии растений.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Фирсов А., Митюшкина Т., Пушин А., Вайнштейн А., Долгов С. Agrobacterium-mediated transformation of chrysanthemum with artemisinin biosynthesis pathway genes. Plants MDPI (год публикации - 2019)
2. Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Пушин А.С., Царева А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В. Агробактериальная трансформация табака генетическим модулем биосинтеза антималярийного агента артемизинина. Биотехнология (год публикации - 2019)
3.
Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Шалойко Л.А., Пушин А.С., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Agrobacterium-Mediated Transformation of Chrysanthemum with Artemisinin Biosynthesis Pathway Genes
Plants, Plants 2020, 9, 537; doi:10.3390/plants9040537 (год публикации - 2020)
10.3390/plants9040537
4.
Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Пушин А.С., Царева А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Агробактериальная трансформация табака генетическим модулем биосинтеза антималярийного агента артемизинина
Биотехнология, Биотехнология 2020 Т. 36 № 3 С. 34–45 (год публикации - 2020)
10.21519/0234-2758-2020-36-3-34-45
5. Кондрашин А.В., Морозова Л.Ф., Степанова Е.В., Турбабина Н.А., Максимова М.С., Долгов С.В., Довгалев А.С., Морозов Е.Н. MALARIA CASE MANAGEMENT IN THE POST-ELIMINATION PERIOD (WITH SPECIAL REFERENCE TO THE ROLE OF ARTEMISININ BASED COMBINATION THERAPY [ACT] Journal of Tropical Medicine (год публикации - 2021)
6. Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Шалойко Л.А., Пушин А.С., Палий А., Мотылева С.М., Зиганшин Р.Х., Гороховатский А.Ю., Вайнштейн А.М., Долгов С.В. Heterologous biosynthesis of artemisinin in Chrysanthemum morifolium Ramat. Metabolites (год публикации - 2021)
7.
Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Пушин А.С., Царева А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Agrobacterial Transformation of Tobacco with a Genetic Module of the Biosynthesis of the Antimalarial Agent Artemisinin
Applied Biochemistry and Microbiology,, Vol. 57, No. 7, pp. 808–817 (год публикации - 2021)
10.1134/S0003683821070024
8.
Фирсов А.П., Пушин А.С., Мотылёва С.М., Пиголева С.В., Шалойко Л.А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Heterologous Biosynthesis of Artemisinin in Chrysanthemum morifolium Ramat
Separations, Separations 2021, 8, 75 (год публикации - 2021)
10.3390/separations8060075
Публикации
1. Фирсов А., Митюшкина Т., Пушин А., Вайнштейн А., Долгов С. Agrobacterium-mediated transformation of chrysanthemum with artemisinin biosynthesis pathway genes. Plants MDPI (год публикации - 2019)
2. Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Пушин А.С., Царева А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В. Агробактериальная трансформация табака генетическим модулем биосинтеза антималярийного агента артемизинина. Биотехнология (год публикации - 2019)
3.
Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Шалойко Л.А., Пушин А.С., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Agrobacterium-Mediated Transformation of Chrysanthemum with Artemisinin Biosynthesis Pathway Genes
Plants, Plants 2020, 9, 537; doi:10.3390/plants9040537 (год публикации - 2020)
10.3390/plants9040537
4.
Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Пушин А.С., Царева А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Агробактериальная трансформация табака генетическим модулем биосинтеза антималярийного агента артемизинина
Биотехнология, Биотехнология 2020 Т. 36 № 3 С. 34–45 (год публикации - 2020)
10.21519/0234-2758-2020-36-3-34-45
5. Кондрашин А.В., Морозова Л.Ф., Степанова Е.В., Турбабина Н.А., Максимова М.С., Долгов С.В., Довгалев А.С., Морозов Е.Н. MALARIA CASE MANAGEMENT IN THE POST-ELIMINATION PERIOD (WITH SPECIAL REFERENCE TO THE ROLE OF ARTEMISININ BASED COMBINATION THERAPY [ACT] Journal of Tropical Medicine (год публикации - 2021)
6. Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Шалойко Л.А., Пушин А.С., Палий А., Мотылева С.М., Зиганшин Р.Х., Гороховатский А.Ю., Вайнштейн А.М., Долгов С.В. Heterologous biosynthesis of artemisinin in Chrysanthemum morifolium Ramat. Metabolites (год публикации - 2021)
7.
Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Пушин А.С., Царева А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Agrobacterial Transformation of Tobacco with a Genetic Module of the Biosynthesis of the Antimalarial Agent Artemisinin
Applied Biochemistry and Microbiology,, Vol. 57, No. 7, pp. 808–817 (год публикации - 2021)
10.1134/S0003683821070024
8.
Фирсов А.П., Пушин А.С., Мотылёва С.М., Пиголева С.В., Шалойко Л.А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Heterologous Biosynthesis of Artemisinin in Chrysanthemum morifolium Ramat
Separations, Separations 2021, 8, 75 (год публикации - 2021)
10.3390/separations8060075
Публикации
1. Фирсов А., Митюшкина Т., Пушин А., Вайнштейн А., Долгов С. Agrobacterium-mediated transformation of chrysanthemum with artemisinin biosynthesis pathway genes. Plants MDPI (год публикации - 2019)
2. Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Пушин А.С., Царева А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В. Агробактериальная трансформация табака генетическим модулем биосинтеза антималярийного агента артемизинина. Биотехнология (год публикации - 2019)
3.
Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Шалойко Л.А., Пушин А.С., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Agrobacterium-Mediated Transformation of Chrysanthemum with Artemisinin Biosynthesis Pathway Genes
Plants, Plants 2020, 9, 537; doi:10.3390/plants9040537 (год публикации - 2020)
10.3390/plants9040537
4.
Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Пушин А.С., Царева А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Агробактериальная трансформация табака генетическим модулем биосинтеза антималярийного агента артемизинина
Биотехнология, Биотехнология 2020 Т. 36 № 3 С. 34–45 (год публикации - 2020)
10.21519/0234-2758-2020-36-3-34-45
5. Кондрашин А.В., Морозова Л.Ф., Степанова Е.В., Турбабина Н.А., Максимова М.С., Долгов С.В., Довгалев А.С., Морозов Е.Н. MALARIA CASE MANAGEMENT IN THE POST-ELIMINATION PERIOD (WITH SPECIAL REFERENCE TO THE ROLE OF ARTEMISININ BASED COMBINATION THERAPY [ACT] Journal of Tropical Medicine (год публикации - 2021)
6. Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Шалойко Л.А., Пушин А.С., Палий А., Мотылева С.М., Зиганшин Р.Х., Гороховатский А.Ю., Вайнштейн А.М., Долгов С.В. Heterologous biosynthesis of artemisinin in Chrysanthemum morifolium Ramat. Metabolites (год публикации - 2021)
7.
Фирсов А.П., Митюшкина Т.Ю., Пушин А.С., Царева А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Agrobacterial Transformation of Tobacco with a Genetic Module of the Biosynthesis of the Antimalarial Agent Artemisinin
Applied Biochemistry and Microbiology,, Vol. 57, No. 7, pp. 808–817 (год публикации - 2021)
10.1134/S0003683821070024
8.
Фирсов А.П., Пушин А.С., Мотылёва С.М., Пиголева С.В., Шалойко Л.А., Вайнштейн А.М., Долгов С.В.
Heterologous Biosynthesis of Artemisinin in Chrysanthemum morifolium Ramat
Separations, Separations 2021, 8, 75 (год публикации - 2021)
10.3390/separations8060075