Выявление факторов, влияющих на уровень продукции и специфичность действия токсинов Bacillus thuringiensis

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 18-76-00028

НазваниеВыявление факторов, влияющих на уровень продукции и специфичность действия токсинов Bacillus thuringiensis

Руководитель Антонец Кирилл Сергеевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии" , г Санкт-Петербург

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова Bacillus thuringiensis, биологические препараты, агробиотехнология, токсины,защита растений, геномика, молекулярная динамика

Код ГРНТИ68.03.07

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Важной задачей современного сельского хозяйства и биотехнологии является производство экологически чистой продукции. Одним из путей решения данной задачи является отказ от химических пестицидов в пользу биологических средств защиты растений от насекомых-вредителей. Для создания таких препаратов активно используются различные виды живых организмов, включая нематод, грибов и бактерий. Широкое распространение получили препараты на основе штаммов грамм-положительной спорообразующей бактерии Bacillus thuringiensis. Этот вид бактерий продуцирует широкий ряд разнообразных токсинов, благодаря чему на его основе в течение длительного периода исследований было получено значительное количество хозяйственно-ценных инсектицидных штаммов. Наиболее важной и вариабельной группой токсинов являются эндотоксины суперсемейства Cry, которые входят в состав формируемых при образовании эндоспор параспоральных телец. Несмотря на высокую актуальность исследований в области создания новых экологически чистых методов защиты растений, молекулярные механизмы избирательности действия токсинов B. thuringiensis остаются недостаточно изученными, что препятствует проведению эффективного молекулярного дизайна токсинов, направленного на создание штаммов этой бактерии нового поколения, обладающих высокой избирательностью против конкретных видов насекомых-вредителей. Настоящий Проект посвящен выявлению особенностей геномов штаммов B. thuringiensis и аминокислотных последовательностей белковых токсинов, которые отвечают за специфичность этой бактерии в отношении вредителей и уровень токсинообразования. Исследования в рамках Проекта будут проводиться с использованием уникальной коллекции штаммов B. thuringiensis, имеющихся в распоряжении ВНИИСХМ, среди которых есть как высокоэффективные в отношении определенных групп насекомых-вредителей штаммы, так и штаммы, утратившие способность продуцировать токсины. В рамках исследования будут получены полные последовательности геномов исследуемых штаммов B. thuringiensis. Анализ полученных последовательностей позволит выявить последовательности генов, кодирующих Cry-токсины. Сравнение этих последовательностей из штаммов, относящихся к трем разным серотипам, позволит определить вариабильные участки, отвечающие за специфичность токсинов. Также сравнение полных нуклеотидных последовательностей штаммов, которое будет проведено в рамках выполнения Проекта, позволит выявить изменения в бактериальной хромосоме или экстрахромосомных репликонах (в том числе, плазмидах), которые приводят к снижению уровня продукции токсинов. Важной частью Проекта является проверка возможности предсказывать последовательность Cry-токсинов, действующих на насекомых заданного вида. Для этого методами молекулярной динамики будут оптимизированы участки токсинов, отвечающие за связывание с белком-рецептором в кишечнике насекомых. Это позволит токсину, который изначально не взаимодействовал с этим рецептором у конкретного вида насекомого-вредителя, связываться с ним и вызывать разрушение клеток кишечного эпителия, закономерно ведущее к гибели насекомого. В целом, в настоящем Проекте будет проведен комплексный биоинформатический и экспериментальный анализ специфичности действия энтомоцидных токсинов трех разных серотипов B. thuringiensis и опробован новый подход к молекулярному дизайну токсинов с заданными свойствами. Полученные данные создадут фундамент для разработки на основе B. thuringiensis инновационных биологических препаратов, безопасных для человека и обладающих высокой избирательностью в отношении насекомых-вредителей конкретных видов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Маловичко Ю.В., Афонин А.А., Белоусова М.Е., Ермолова В.П., Гришечкина С.Д., Нижников А.А., Антонец К.С. Comparative genomics of the insecticidal bacterium Bacillus thuringiensis using Oxford Nanopore sequencing Molecular Biology of the Cell, V. 29(26), 3063-63, P3470 (год публикации - 2018)
10.1091/mbc.E18-10-0647

2. Маловичко Ю.В., Нижников А.А., Антонец К.С. Repertoire of the Bacillus thuringiensis Virulence Factors Unrelated to Major Classes of Protein Toxins and Its Role in Specificity of Host-Pathogen Interactions Toxins (MDPI), 11(6), 347 (год публикации - 2019)
10.3390/toxins11060347

3. Маловичко Ю.В., Шиков А.Е., Скитченко Р.К., Нижников А.А., Антонец К.С. Revealing mechanisms of Bacillus thuringiensis host specificity via molecular modelling of the Cry toxin-receptor interactions BMC Bioinformatics, 20 (Suppl 17):516 (год публикации - 2019)
10.1186/s12859-019-3122-9

4. Маловичко Ю.В., Афонин А.М., Белоусова М.Е., Нижников А.А., Антонец К.С. Long-read sequencing of Bacillus thuringiensis strains reveals genome rearrangements affecting their virulence effectiveness FEBS Open Bio, 9 (Suppl. 1), pp. 65-431 (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

5. Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Скитченко Р.К., Нижников А.А., Антонец К.С. No More Tears: Mining Sequencing Data for Novel Bt Cry Toxins with CryProcessor Toxins, V.12(3), 204 (год публикации - 2020)
10.3390/toxins12030204

6. Белоусова М.Е., Гришечкина С.Д., Ермолова В.П., Антонец К.С., Марданов А.В., Ракитин А.Л., Белецкий А.В., Равин Н.В., Нижников А.А. Секвенирование генома штамма Bacillus thuringiensis var. darmstadiensis 56 и изучение инсектицитдной активности биологического препарата на его основе Сельскохозяйственная биология, Т.55(1), с. 87-96 (год публикации - 2020)
10.15389/agrobiology.2020.1.87rus

Публикации