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 20-44-07002

НазваниеExCells: биомиметическая геномная платформа для разработки улучшенных эукариотических клеточных линий для биотехнологических целей

РуководительШагимарданова Елена Ильясовна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Республика Татарстан (Татарстан)

Период выполнения при поддержке РНФ 2020 г. - 2022 г. 

Конкурс№48 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (совместно с Министерством сельского, лесного и рыбного хозяйства Японии - MAFF/AFFRCS).

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-201 - Структурная, функциональная и эволюционная геномика

Ключевые словаЭкстремальные организмы, ангидробиоз, криобиоз, геномика, транскриптомика, секвенирование отдельных клеток, хирономиды, губки, клеточные культуры, клеточная биотехнология

Код ГРНТИ34.03.23

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью проекта является массовый и производительный скрининг защитных белков организмов экстермофилов с потенциалом практического использования в медицине, биотехнологии и сельском хозяйстве. Для выполнения проекта планируется привлечь набор взаимодополняющих методов, включая культуральные, молекулярно-биологические методы, секвенирования единичных клеток, биоинформатические подходы корреляционного анализа для выявления ко-эффекта защитных белков из различных организмов. Планируется собрать коллекцию уникальных организмов, которые обладают свойством выживать в экстремальных условиях среды. Планируется получить библиотеку полноразмерных кДНК, клонированной в оригинальный вектор с последующей трансфекцией в культуру клеток насекомых и отбор клеток, которые демонстрируют повышение устойчивости к неблагоприятным факторам по сравнению с контрольными. С помощью технологии single cell sequencing мы планируем идентифицировать набор генов, которые придают устойчивость рекомбинантным клеткам.

Ожидаемые результаты
Две лаборатории планируют работать в тесном взаимодействии взаимнодополняющем друг друга для получения во-первых клеток с повышенной устойчивостью к внешним факторам среды, во-вторых идентификации набора генов, которые обеспечивают появление нового фенотипа у рекомбинантных клеток, а также разработке некой системы массового скрининга и отбора целевых клеток с заданными свойствами. Кроме того, ожидается получение новых фундаментальных данных об стрессовом ответе организмов на внешнее воздействие и молекулярных механизмах такого ответа.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
На данном этапе основные усилия были сосредоточены на сборе уникальных видов, которые способны выживать в «экстремальных» условиях окружающей среды. Были собраны представители хирономид, проживающие в условиях высокой солености и быстрого течения. В качестве видов, устойчивых к воздействию низких температур были собраны колемболы и губки обитающие в районе северных морей. Из всех собранных видов были выделены нуклеиновые кислоты и проведено РНК-секвенирование, создание транскриптомных баз данных.

 

Публикации

1. Токумото Ш., Мията Ю., Усуи К., Девятияров Р.М., Окава Т., Кондратьева С., Шагимарданова Е., Гусев О., Корнетт Р., Ито М., Наяшизауи Й., Кикавада Т. Development of a Tet-On Inducible Expression System for the Anhydrobiotic Cell Line, Pv11 Insects, V 11, № 781 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3390/insects11110781

2. Шайхутдинов Н., Клинк Г.,Гарушянц С., Козлова О., Черкассов А., Корнетт Р., Кикавада Т., Окуда Т., Пембае В., Шагимарданова Е., Пенин А., Девятияров Р., Газизова Г., Гусев О. Population genomics of two closely related anhydrobiotic midges reveals differences in adaptation to extreme desiccation COMMUNICATIONS BIOLOGY, - (год публикации - 2021)

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В течение первого и второго года выполнения проекта нами был проведен отбор разных организмов, характеризующихся устойчивостью к различным видам стрессов: обезвоживание, соленость, низкие температуры. Из образцов выделяли пул полноразмерных РНК, получали их кДНК, которые клонировали в вектора экспрессии. Полученные вектора были трансфецированы в культуру клеток S2. Проводили селекцию трансформатнов на среде с антибиотиком. После продолжительного культивирования для отбора клонов, стабильно экспрессирующих чужеродные гены, провели воздействие трегалозой, что является моделью обезвоживания. Были получены ряд клеточных линий, характеризующиеся повышенной устойчивостью к воздействию, по сравнению с нормальными клетками. Для определения генов, обеспечивающих устойчивость, был проведен анализ RNA-seq и апробирован протокол секвенирования транскриптомов единичных клеток. Для тех видов, геномы которых отсутствуют в мировых базах данных, проводили секвенирование ДНК и РНК для сборки и аннотации. В рамках создания биоресурсной коллекции экстремофильных организмов РФ получены сборки геномов галотолерантных хирономид, которые обитают в озерах с различной соленостью для поиска генов, находящихся под положительным отбором, и, соответственно, являющихся кандидатами для функционального анализа.

 

Публикации

1. Деацетилазы гистонов в процессе реагрегации клеток губки Halisarca dujardinii Деацетилазы гистонов в процессе реагрегации клеток губки Halisarca dujardinii Онтогенез, Т 52, № 5 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.31857/S0475145021050050

2. Мията Ю., Фузе Х., Токумото Ш., Хики Ю., Девятияров Р.М., Йошида Ю., Ямада Т., Корнетт Р., Гусев О., Шагимарданова Е., Фунахаши А., Кикавада Т Cas9-mediated genome editing reveals a significant contribution of calcium signaling pathways to anhydrobiosis in Pv11 cells. SCIENTIFIC REPORTS, V 11, № 1 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1038/s41598-021-98905-w

3. Токумото Ш., Мията Ю., Девятияров Р.М., Ямада Т., Хики Ю., Козлова О., Йошида Ю., Корнетт Р., Фунахаши А., Шагимарданова Е., Гусев О., Кикавада Т. Genome-wide role of hsf1 in transcriptional regulation of desiccation tolerance in the anhydrobiotic cell line, pv11 Insects, V 22, № 11 (год публикации - 2021)

4. Шайхутдинов Н.,Клинк Г., Гарущянц С., Козлова О., Шагимарданова Е., Газизова Г., Гоголева Н., Пржиборо А., Гусев О., Базыкин Г Genomic adaptations of chironomids to extreme environments MCCMB Proceedings, 10-ая Московская конференция по вычислительной молекулярной биологии MCCMB'21 [Электронный ресурс] (год публикации - 2021)

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Показано, что активация полноразмерных РНК из экстремальных видов животных приводит к приданию новых свойств модельным клеткам. В частности, были получены стабильные линии рекомбинантных клеток S2, способные выживать при воздействии высокой концентрации трегалозы, что является моделью обезвоживания. Было проведено секвенирование на уровне единичных клеток для идентификации чужеродных генов, ответственных за придание новых свойств. В рекомбинантной линии клеток S2 содержится несколько кластеров клеток, экспрессирующими несколько разных комбинаций защитных генов. В частности, показана успешная трансфекция и экспрессия гена Lea4 ангидробиотической хирономиды P. vanderplanki в комбинации с генами с неизвестной функцией, а также эффективность комбинации генов из нескольких видов. В рамках создания биоресурсной коллекции экстремофильных организмов РФ получены сборки геномов галотолерантных хирономид высокого качества и определены гены стрессового ответа, которые обеспечивают выживание в среде с высоким содержанием соли.

 

Публикации

1. Йошида Ю., Шайхутдинов Н., Козлова О., Нишийори-Суеки Х., Коджима-Ишияма М., Нома Ш., Черкассов А., Газизова Г., Насибуллина А., Девятияров Р., Шагимарданова Е., Гусев О., Кикавада Т. High quality genome assembly of the anhydrobiotic midge provides insights on a single chromosome-based emergence of extreme desiccation tolerance NAR Genomics and Bioinformatics, 2022 Jun; 4(2): lqac029 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1093/nargab/lqac029

2. Кондратьева С.А., Воронина Т.А., Несмелов А.А., Мията Й., Токумото Ш., Корнетт Р., Воронцова М.В., Кикавада Т., Гусев О.А., Шагимарданова Е.И. Intracellular Localization and Gene Expression Analysis Provides New Insights on LEA Proteins’ Diversity in Anhydrobiotic Cell Line MDPI, Biology 2022, 11, 487 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/biology11040487

3. Мията Й., Токумото Ш., Араи Т., Шайхутдинов Н., Девятияров Р., Фузе Х., Гоголева Н., Гарушянц С., Черкассов А., Рябова А., Газизова Г., Корнетт Р., Шагимарданова Е., Гусев О., Кикавада Т. Identification of Genomic Safe Harbors in the Anhydrobiotic Cell Line, Pv11 Genes, 2022, 13(3), 406 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/genes13030406

4. Шагимарданова Е.И., Козлова О.С., Несмелов А.А., Черкасов А.В., Девятияров Р.М., Шайхутдинов Н.М., Газизова Г.Р., Рябова А.В., Корнетт Р., Кикавада Т., Гусев О.А. New insights on genome organization, gene expression regulation and evolution of the anhydrobiotic midge Polypedilum vanderplanki ICG SB RAS, Сборник тезисов BGRS 2022, стр 92 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.18699/SBB-2022-045

Возможность практического использования результатов
Полученные данные могут быть и будут в дальнейшем использоваться в области биотехнологии при создании рекомбинантных клеточных линий с новыми свойствами.