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 23-76-30006

НазваниеСтратегия молекулярной аквакультуры в разработке новых синбиотических препаратов для улучшения здоровья и качества рыбы

РуководительРудой Дмитрий Владимирович, Кандидат технических наук

Прежний руководитель Лионг Мин-Тзе , дата замены: 30.01.2024

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", Ростовская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2026 г. 

Конкурс№81 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые словамолекулярная аквакультура, тест-системы, генотипирование, пробиотик (постбиотик, пребиотик, парабиотик, синбиотик), корма, здоровье рыбы, иммуномодуляция, направленное действие, искусственный ЖКТ, антимикробные вещества

Код ГРНТИ69.25.14


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Аквакультура в Российской Федерации - динамично развивающаяся отрасль, обладающая значительным потенциалом в отношении стратегии обеспечения продовольственной безопасности страны. Тем не менее, на пути стабильного увеличения объемов аквакультуры в стране и обеспечения населения высококачественной, разнообразной и доступной рыбной продукцией встают проблемы технологического характера. В первую очередь, к ним относятся: – болезни культивируемых объектов, снижающие продуктивность, реализуемость товара; - отсутствие систем эффективного контроля и экспресс-диагностики патогенов; - экологические проблемы, связанные с качеством среды выращивания гидробионтов, – отсутствие достаточного ассортимента и дороговизна специализированных комбикормов отечественного производства. Научная проблема, на решение которой направлен проект, состоит в получении новых фундаментальных знаний и принципов в решении проблем развития интенсивной аквакультуры в РФ, на основе разработки стратегии молекулярной аквакультуры. Эта стратегия заключается в разработке и валидации системы молекулярных маркеров для оценки состояния культивируемых объектов; на ее основе мы создадим новые экологически чистые синбиотические препараты и корма для улучшения здоровья и качества рыбы. Задача создания отечественных многофункциональных кормовых добавок, обеспечивающих не только рост и развитие объектов аквакультуры, но и профилактику заболеваний, модуляцию иммунного статуса объектов и контроль качества среды, является чрезвычайно актуальной. Корма являются основой экономики промышленной аквакультуры и вывод на рынок линейки принципиально нового эффективного продукта в перспективе даст толчок к развитию отрасли. В результате реализации проекта будет создана уникальная научно-прикладная образовательная база молекулярной аквакультуры, служащая для изучения влияния пробиотиков и биологически-активных препаратов природного происхождения на биохимию и физиологию аквакультур, как в животных моделях, так и на аквакультурах сельскохозяйственного значения. Данная база послужит основой для уникальных исследований по изучению влияния пробиотиков на аквакультуры в разные стадии её развития и положит основу для создания уникальных пробиотиков, нацеленных на аквакультуры в разных стадиях онтогенеза. Объектами аквакультуры в проекте будут лососевые, осетровые, карповые рыбы, а также новые объекты аквакультуры, такие как тилапия. Конкретные цели: - разработка системы молекулярных маркеров для оценки состояния объектов аквакультуры, в том числе после применения пробиотических и синбиотических препаратов; - разработка системы контроля состояния объектов аквакультуры с использованием естественных механизмов: пробиотиков, пребиотиков, синбиотиков; целенаправленная модуляция состояния объектов аквакультуры на разных стадиях развития; - разработка линейки новых синбиотических препаратов, основанная на стратегии молекулярной аквакультуры для улучшения здоровья и качества рыбы: корма для личинок, молоди, взрослых рыб и производителей; - разработка новых подходов к эффективному использованию растительных кормов в аквакультуре: пребиотики и пробиотики как фактор, повышающий усвояемость питательных веществ корма; - разработка системы многоступенчатого скрининга биологических параметров и рыбоводческих характеристик, (включая разработку модели Danio rerio); Дополнительным результатом проекта станет новый подход к оперативной оценке ситуации на предприятиях промышленной аквакультуры: качество препаратов, безопасность продукции, активность патогенов, воздействие на окружающую среду и воздействие потенциально стрессовых факторов. По результатам выполнения проекта будет создано новое направление в аквакультуре и смежных инженерных дисциплинах.

Ожидаемые результаты
В ходе проведения проекта будут достигнуты следующие результаты: - будет проведено генотипирование объектов: данио-рерио, лососевые (радужная форель, стальноголовый лосось), осетровые (осетр, стерлядь, гибриды осетровых рыб), карповые и новые объекты аквакультуры (сом и тилапия). - будет сформирована биоресурсная коллекция - будет впервые в мире разработана искусственная кишечная среда для рыб (на примере карповых) - впервые будет предложена система молекулярных маркеров для оценки состояния объектов аквакультуры, в том числе после применения пробиотических и синбиотических препаратов, на основании транскриптомных данных; - впервые будет предложена комплексная и эффективная система контроля состояния объектов аквакультуры с использованием естественных механизмов; -впервые будут предложены инструменты целенаправленной модуляции состояния объектов аквакультуры на разных стадиях развития; - впервые будет разработана линейка синбиотических кормовых добавок для целевых групп; - будут предложены возможности расширения используемых субстратов для производства кормов за счет разработки новых подходов к повышению усвояемости питательных веществ корма; - будет создана система многоступенчатого скрининга биологических параметров и рыбоводческих характеристик (модели in vitro и in vivo). В связи с интенсивным развитием аквакультуры России, ее прирост в последние годы составляет более 15 -20 % остро необходимы интенсивные биотехнологические методы для получения экологически чистой продукции. Новые пробиотические добавки, кормовые компоненты растительного происхождения позволять разработать и внедрить в производство корма нового поколения. Система молекулярных маркеров для оценки состояния объектов аквакультуры и комплексная, эффективная система контроля их состояния позволят модернизировать и вывести наши технологии на мировой уровень, а по некоторым показателям как прирост биомассы рыбы превышать мировые показатели. Среди наиболее важных и прорывных направлений является использование комплексного интегрированного подходам на основе молекулярных методов для технологий индустриальной аквакультуры, таким как здоровье систем и прудов для выращивания объектов, их кормления и содержания. Полученные результаты позволят обеспечить безопасность продукции аквакультуры на разных этапах онтогенеза и получить экологически чистую продукцию. Все основные результаты, планируемые к получению в рамках настоящего проекта, будут являться новыми и соответствовать мировому уровню исследований по близким предметным областям, причем по большинству разделов проекта планируемые исследования будут превосходить мировой уровень.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Предлагаемая нами стратегия заключается в разработке и валидации системы молекулярных маркеров для оценки состояния объектов аквакультуры. Новизна ее в том, что вместо устаревшего механистического подхода к показателям качества рыбы, в данном подходе учитываются такие факторы, как действие микробиома и взаимодействие его с хозяином (host-microbiome interactions) на молекулярном и эпигенетическом уровнях. Использование данной системы маркеров значительно облегчит и ускорит создание экологически чистых синбиотических препаратов и кормов для улучшения здоровья и качества рыбы. В ходе выполнения первого года данного проекта был сформирован первичный научный, методический и технологический задел для молекулярной аквакультуры, а именно: - проведено генотипирование объектов аквакультуры; - разработана система праймеров для оценки состава и состояния микробиоты рыб; - на основе метагеномных данных создана динамическая модель микробиоты рыбы разных возрастов, отражающая структуру микробиома на разных таксономических уровнях, а также реакцию микробного сообщества кишечника рыб на введение пробиотических препаратов. - проведен отбор более чем 1400 проб тканей рыбы для дальнейшего анализа экспрессии генов; - проведен скрининг потенциальных пробиотиков с использованием цельноклеточных биосенсоров. Создан банк биологического материала осетровых рыб. Подобраны эффективные праймеры для проведения ПЦР участка контрольного региона митохондриальной ДНК осетровых рыб, содержащие тандемно повторяющиеся последовательности. Результаты тестирования полиморфных хромосомных и митохондриальных ДНК-маркеров рыб позволяют исключить генетическую составляющую, которая могла бы потенциально оказать то или иное влияние на результаты эксперимента по разработке новых синбиотических препаратов для улучшения здоровья и качества рыбы. Данная стратегия может, при небольшой доработке, быть применена для повышения эффективности в любой области животноводства, так как фундаментальные биологические принципы, лежащие в ее основе, являются общими для всех сельскохозяйственно-ценных животных. Практическая реализация предложенной стратегии предполагает оптимизацию биотехнологии получения синбиотических препаратов для различных этапов онтогенеза рыб и для различных условий аквакультуры, основанную на учете биохимической и физиологической специфики. Разрабатывая пробиотическую технологию для прудовой аквакультуры, необходимо подбирать штаммы, обладающие способностью к деструкции основных классов антропогенных поллютантов. Для работы в холодноводной аквакультуре эффективным может быть применение препаратов с сильным постбиотическим эффектом. Предлагаемый подход к разработке новых высокоэффективных синбиотических препаратов включает предварительный скрининг штаммов-кандидатов на роль потенциальных пробиотиков в гибкой модульной системе искусственного желудочно-кишечного тракта (ИЖКТ). Проведен анализ существующих технологий и конструкций экспериментальных и лабораторных установок по имитации и моделированию физиологических и микробиологических процессов в ЖКТ животных. Показано, что, вероятно, в силу дополнительных конструктивных сложностей по моделированию процессов пищеварения при пониженных температурах, лабораторное оборудование для исследования именно пищеварения рыб практически отсутствует. Этот факт определяет перспективность и новизну выбранного направления разработки экспериментального оборудования. Разработан эскизный проект перемешивающего устройства макета ИЖКТ рыбы с охлаждением биореактора на основе элемента Пельтье. Разработана и исследована математическая модель охлаждающей/нагревающей системы биореактора на основе элемента Пельтье. Разработана архитектура управляющих программ модели ИЖКТ рыбы. Проведено имитационное моделирование работы программных функций управления температурой на основе модели элемента Пельтье, и управления рН химуса на основе модели регулирования рН с учетом влияния температуры и учитывающей особенности моделирования процессов пищеварения рыб. Практическая реализация разработок позволит проводить предварительную селекцию штаммов-кандидатов на роль пробиотиков для конкретных применений, например, в определенный период онтогенеза рыб. В результате исследований были подобраны компоненты комбикормов, удовлетворяющие требованиям по основным питательным веществам разные виды рыб для дальнейшей разработки рецептуры комбикормов для выращивания в различных условиях. Разработаны комбикорма для выращивания осетровых, лососевых, карповых, сомовых и цихлидовых видов рыб с пробиотическими добавками для младших, старших возрастных групп и производителей. Разработанные комбикорма показали высокую эффективность их применения при экспериментальном кормлении рыб, однако данные исследования следует продолжить в дальнейшем. Результаты работы могут быть полезны для разработки промышленных рецептур кормов и повышения эффективности использования пробиотиков в аквакультуре.

 

Публикации

1. Григорьев В.А., Куликов М.П., Мазанко М.С., Празднова Е.В., Чистяков В.А., Рудой Д.В., Брень А.Б., Ковалева А.В., Иванов Ю.А. Влияние качества корма на функциональное состояние организма и микробиом кишечника стерляди (Acipenser ruthenus) НАУКА ЮГА РОССИИ, - (год публикации - 2024)

2. Пономарева Е.Н., Григорьев В.А., Гуляева А.Ю., Мазанко М.С., Празднова Е.В., Чистяков В.А., Рудой Д.В., Брень А.Б., Сорокина М.Н., Иванов Ю.А. Влияние кормов с пробиотиками на показатели роста и поведенческие реакции молоди карпа (Cyprinus carpio), стерляди (Acipenser ruthenus) и бестера (Huso huso × Acipenser ruthenus) НАУКА ЮГА РОССИИ, - (год публикации - 2024)

3. Пономарева Е.Н., Лионг М.Т., Сорокина М.Н., Григорьев В.А., Мазанко М.С., Чистяков В.А., Рудой Д.В. Probiotic Bacillus amyloliquefaciens B-1895 improved growth of juvenile trout Food Science of Animal Resources, - (год публикации - 2024)

4. Пономарева Е.Н., Брень А.Б., Григорьев В.А. РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СУБСТАНЦИЙ ДЛЯ АКВАКУЛЬТУРЫ В УСЛОВИЯХ УЗВ -, - (год публикации - )

5. - Российские ученые получат 120 млн. руб. на разработку новых синбиотиков для аквакультуры Ветеринария и жизнь, 21 августа 2023 (год публикации - )

6. - Ученые ДГТУ получат 120 млн руб на создание препаратов для аквакультуры РБК, 16 августа 2023 (год публикации - )

7. - Ученые хотят пополнить рацион рыб инновационными продуктами Журнал "Fishnews", 18 августа 2023 (год публикации - )

8. - УЧЕНЫЕ ДГТУ ПОЛУЧАТ 120 МЛН РУБЛЕЙ НА РАЗРАБОТКУ НОВЫХ СИНБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ АКВАКУЛЬТУРЫ Официальный ресурс ДГТУ, 16.08.23 (год публикации - )

9. - В ДГТУ создали уникальный прототип искусственного ЖКТ рыбы Национальное аграрное агентство, 13.12.23 (год публикации - )

10. - В ДГТУ прошла первая Школа молодых ученых Сайт Научно-исследовательской лаборатории «Центр агробиотехнологии» ДГТУ, 14.12.2023 (год публикации - )

11. - В ДГТУ ПРОШЛА ПЕРВАЯ ШКОЛА МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ Сайт Донского государственного технического университета, 11.12.2023 (год публикации - )