Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Проведен поиск культур Bacillus thuringiensis различных подвидов для выбора штаммов, специфичных по отношению к хозяйственно значимым вредителям сельского хозяйства. Отобраны бактерии Bacillus thuringiensis ssp. dakota, Bacillus thuringiensis ssp. indiana, Bacillus thuringiensis ssp. morrisoni, Bacillus thuringiensis ssp. galleria, Bacillus thuringiensis spp. aizawai. Перспективные штаммы секвенированы для описания генетического профиля (полногеномное секвенирование). Отобранные штаммы были охарактеризованы по уровню токсинообразования с помощью классических методов и молекулярно-генетических подходов. Результаты проекта были представлены на пяти российских и одной международной конференциях, а также в статье в журнале из списка WoS (Nanomaterials, Q1). В целом работа по проекту в 2022 году был связана с подбором высоковирулентных штаммов бактерий Bacillus thuringiensis. Проверкой инсектицидной активности отобранных штаммов по отношению к насекомым вредителям, актуальным для Новосибирской области. Также было проведено описание отобранных штаммов B. thuringiensisс с помощью нанопорового секвенирования, а также по наличию токсинов и ферментов методом белкового электрофореза и ПЦР. По результатам исследования можно сделать заключение, что в кишечнике зараженных бактериями насекомых, то есть локально, непосредственно в месте развития бактериальной инфекции происходит комплекс защитных реакций. Блокирование данных реакций может значительно повысить использование биологических инсектицидов. Установлено, что использование наночастиц увеличивает вирулентность бактерий БТ на 15% (опубликовано в Nanomaterials, 2022). Бактерии Bacillus thuringiensis помимо инсектицидного действия, могут также обладать ростостимулирующей и фунгицидной активностью. Это позволяет использовать БТ в качестве комплексных решений для контроля численности вредных организмов, и создавать полифункциональные биологические препараты. Поэтому в рамках работ по проекту мы провели оценку действия отобранных подвидов Bacillus thuringiensis на растения и различных возбудителей болезней растений. Изучены эндофитные свойства бактерий, а также механизмы их стимулирующего действия на растения. Применение бактериальных штаммов позволило получить более качественный и высокий урожай по сравнению с контрольным вариантом и эталоном. При использовании штаммов B. thuringiensis ssp. morrisoni и B. thuringiensis ssp. dacota урожайность увеличилась в 1,4 и 1,5 раза, соответственно, а штаммов B. thuringiensis ssp. morrisoni — 1,3 раза.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Были продолжены исследования факторов вирулентности бактерий Bacillus thuringiensis (БТ) и способов повышения их эффективности по отношению к насекомым. В частности, проведен анализ физиологических и биохимических показателей, а также показателей иммунной и детоксицирующей систем насекомых при заражении различными подвидами бактерий B. thuringiensis. Результаты исследования подтверждают, что в кишечнике зараженных личинок колорадского жука, то есть локально, непосредственно в месте развития бактериальной инфекции, происходит изменение окислительно-восстановительного баланса и детоксикация токсичных метаболитов бактерий. Использование антиоксидантной системы позволяет насекомым контролировать развитие бактериального инфекционного процесса, а активность антиоксидантов зависит от вирулентности бактерий и стратегии защиты насекомых. Кроме того, показано, что насекомые одного вида из разных географических точек могут демонстрировать отличную стратегию защиты от БТ. Изучение всего спектра токсинов и ферментов B. thuringiensis является одной из задач данного проекта. Использование отдельных факторов вирулентности или их комбинаций может быть использовано, как для изучения воздействия на насекомых вредителей, так и для увеличения эффективности биологических препаратов. В рамках работы по проекту проведен аналитический обзор основных факторов вирулентности B. thuringiensis и перспектив их использования для биотехнологий. Проведен анализ факторов вирулентности у наиболее перспективных штаммов бактерий B. thuringiensis. По результатам секвенирования двух подвидов бактерий и изучения профиля синтезируемых токсинов установлено, что, помимо Cry токсинов, бактерии БТ синтезируют инсектицидный белок семейства Toxin_10 (Tpp), инсектицидный токсин Spp, метаболиты семейства Zwa, участвующие в биосинтезе антибиотика широкого спектра Цвиттермицина А, металлопртеиназы различных семейств Bmp1, InhA1 и InhA2, Enhancin (metalloprotease bacillus enhancin), хитиназы Chitinase C. Вторичные метаболиты растений могут обладать как инсектицидными, так и иммунносупрессирующими свойствами по отношению к насекомым. Использование комбинации метаболитов растений с энтомопатогенами позволяет добиваться синергических эффектов в смертности насекомых. Установлено, что комбинация вторичного метаболита растений (из Nigella sativa) - пептида с бактериями B. thuringiensisувеличивает смертность насекомых. Также были успешно использованы антисмысловые ДНК (антДНК) в качестве добавок с различными энтомопатогенами, приводящие к синергетическому эффекту в смертности паутинного клеща. Бактерии БТ, из-за широкого набора синтезируемых метаболитов, могут обладать полифункциональными свойствами. Поэтому в рамках работ по проекту проведена оценка действия отобранных подвидов B. thuringiensis на рост и продуктивность растений, а также анализ антагонистических свойств по отношению к различным возбудителям болезней растений. Установлено ростостимулирующее действие бактерий B. thuringiensis subsp. aizawai на картофеле. В частности, отмечено увеличение биомассы растений в полтора раза, численности бактерии-аммонификаторов в восемь раз, азотфиксирующих бактерии почти в 30 раз, целлюлозолитических бактерии в полтора раза, относительно контроля Применение B. thuringiensis subsp. aizawai способствовало снижению зараженностью ризоктониозом и увеличению урожайности картофеля до 25%. Таким образом, полученные данные свидельствуют о перспективности использования вторичных метаболитов растений, антисмысловых ДНК, комбинации токсинов и метаболитов бактерий B. thuringiensis, которые могут проявлять полифункциональные свойства и совершенствовать биологические препараты для защиты растений. Следует отметить необходимость изучения механизмов защиты насекомых при воздействии таких комбинаций, и поиск новых высоковирулентных штаммов.