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 20-76-10044
НазваниеРазработка программного комплекса, базы данных и системы генетических маркеров для быстрого типирования изолятов бактерии Bacillus thuringiensis и полной характеристики их хозяйственно-ценных свойств
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 №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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, бактерия, геномика, анализ данных, полифункциональные свойства, базы данных
Код ГРНТИ68.03.07
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Приоритетной задачей современного сельского хозяйства и биотехнологии является производство экологически чистой продукции. Одним из путей решения этой задачи является постепенный отказ от химических пестицидов в пользу биологических средств борьбы с насекомыми-вредителями растений. Для создания таких препаратов активно используются различные виды живых организмов, но более половины всего объема рынка биологических препаратов занимают бактериальные препараты на основе различных штаммов грамположительной спорообразующей бактерии Bacillus thuringiensis. Этот вид бактерий продуцирует широкий ряд разнообразных белковых токсинов, активных в отношении определенных видов насекомых. В то же время известно, что в обеспечение вирулентности и патогенности бактерий этого вида вовлечено большое количество факторов, которые не ограничиваются основными группами токсинов. Кроме того, штаммы B. thuringiensis, зачастую, обладают рядом других полезных для сельского хозяйства свойств, к которым отнести антибактериальную, фунгицидную и ростостимулирующую активности. Несмотря на высокую актуальность исследований в области в области создания новых комплексных биологических средств борьбы с насекомыми-вредителями, многие ключевые молекулярные аспекты хозяйственно-значимых свойств бактерии Bacillus thuringiensis остаются мало изученными и недостаточно систематизированными. В частности, отсутствуют программы для системного поиска в геномах штаммов этого вида молекулярных детерминант вирулентности и патогенных свойств для различных систематических групп организмов-вредителей, фунгицидной и антибактериальной активности, а также ростостимулирующих свойств в отношении растений.
Настоящий Проект посвящен разработке программ для аннотации всего комплекса молекулярных детерминант вирулентности, патогенности и полифункциональных свойств в геномах штаммов B. thuringiensis, созданию базы данных и системы генетических маркеров для быстрого типирования изолятов этой бактерии. Так, в рамках Проекта будет проведено изучение особенностей пангенома данного вида бактерий, что позволит создать программы для определения уникальных особенностей штаммов этого вида, которые существенно упростят предсказание хозяйственно-ценных свойств новых изолятов B. thuringiensis. Также результаты изучения пангенома будут использованы для создания системы на основе мультиплексной полимеразной цепной реакции для быстрого и экономичного типирования B. thuringiensis. В рамках Проекта будет проведено изучение эволюции основной группы токсинов этого вида, токсинов Cry, и механизмов их адаптации к новым видам насекомых-хозяев. Созданные в ходе выполнения Проекта программы будут апробированы на геномах новых природных изолятов B. thuringiensis для предсказания их свойств. Полученные данные будут интегрированы в виде уникальной базы данных, которая будет агрегировать имеющуюся информацию о геномах и фенотипах штаммов B. thuringiensis и всем комплексе их хозяйственно-ценных характеристик. Подобные базы существуют для ряда модельных организмов и важных патогенов и существенно облегчают поиск информации о молекулярных механизмах, детерминирующих различные фенотипические свойства, предсказание характеристик и позволяют быстро и эффективно проводить сравнение различных штаммов этих организмов. В настоящее время, такая база данных для B. thuringiensis отсутствует. В рамках Проекта планируется восполнить этот пробел и создать такую базу данных, которая не только позволит пользователям легко сравнивать как предсказанные, так и подтвержденные экспериментально свойства уже известных штаммов по целому ряду параметров, но и будет предоставлять возможность для загрузки информации о новых изолятах и проведении анализа их геномов.
В целом, в ходе выполнения настоящего Проекта будет впервые создан комплекс программ для определения хозяйственно-значимых свойств штаммов B. thuringiensis на основе данных геномного секвенирования, проведения комплексного сравнительного анализа их геномов, включая автоматизированную аннотацию молекулярных детерминант вирулентности, патогенности и полифункциональных свойств. На основе данных, полученных с использованием разработанных программ, будет создана база данных, агрегирующая информацию о совокупности свойств штаммов B. thuringiensis. Также будет уточнен ряд эволюционных аспектов приспособления B. thuringiensis к определенным группам насекомых-хозяев и разработана система генетических маркеров для быстрого типирования изолятов B. thuringiensis. Полученные в ходе выполнения Проекта результаты существенно упростят многие ключевые этапы скрининга и характеристики новых изолятов B. thuringiensis, от их выделения и описания хозяйственно-значимых свойств до создания на их основе новых биологических препаратов с полифункциональными свойствами, применимых в органическом земледелии.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Нижников А.А., Антонец К.С.
Dissecting the evolutionary mechanisms of the 3-domain Cry toxins diversity
BMC Bioinformatics, V. 21, Suppl. 20, P.2 (год публикации - 2020)
10.1186/s12859-020-03838-2
2.
Белоусова М.Е., Маловичко Ю.В., Шиков А.Е., Нижников А.А., Антонец К.С.
Dissecting the environmental consequences of Bacillus thuringiensis application for natural ecosystems
Toxins (MDPI), V. 13, e355 (год публикации - 2021)
10.3390/toxins13050355
3.
Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Алагов Р.О., Нижников А.А., Антонец К.С.
Conservative blocks in C-terminal regions of 3-D Cry toxins exhibit amyloidogenic properties
BMC Bioinf., V. 22 (S 16) (год публикации - 2021)
10.1186/s12859-021-04475-z
4.
Маловичко Ю.В., Шиков А.Е., Нижников А.А., Антонец К.С.
In silico search for the hallmarks of plant-associated phenotypes in Bacillus strains
The FASEB Journal, V. 35 (S1) (год публикации - 2021)
10.1096/fasebj.2021.35.S1.02293
5.
Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Нижников А.А., Антонец К.С.
Current Methods for Recombination Detection in Bacteria
Int. J. Mol. Sci., Int. J. Mol. Sci. 2022, 23(11), 6257 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23116257
Публикации
1.
Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Нижников А.А., Антонец К.С.
Dissecting the evolutionary mechanisms of the 3-domain Cry toxins diversity
BMC Bioinformatics, V. 21, Suppl. 20, P.2 (год публикации - 2020)
10.1186/s12859-020-03838-2
2.
Белоусова М.Е., Маловичко Ю.В., Шиков А.Е., Нижников А.А., Антонец К.С.
Dissecting the environmental consequences of Bacillus thuringiensis application for natural ecosystems
Toxins (MDPI), V. 13, e355 (год публикации - 2021)
10.3390/toxins13050355
3.
Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Алагов Р.О., Нижников А.А., Антонец К.С.
Conservative blocks in C-terminal regions of 3-D Cry toxins exhibit amyloidogenic properties
BMC Bioinf., V. 22 (S 16) (год публикации - 2021)
10.1186/s12859-021-04475-z
4.
Маловичко Ю.В., Шиков А.Е., Нижников А.А., Антонец К.С.
In silico search for the hallmarks of plant-associated phenotypes in Bacillus strains
The FASEB Journal, V. 35 (S1) (год публикации - 2021)
10.1096/fasebj.2021.35.S1.02293
5.
Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Нижников А.А., Антонец К.С.
Current Methods for Recombination Detection in Bacteria
Int. J. Mol. Sci., Int. J. Mol. Sci. 2022, 23(11), 6257 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23116257
Публикации
1.
Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Нижников А.А., Антонец К.С.
Dissecting the evolutionary mechanisms of the 3-domain Cry toxins diversity
BMC Bioinformatics, V. 21, Suppl. 20, P.2 (год публикации - 2020)
10.1186/s12859-020-03838-2
2.
Белоусова М.Е., Маловичко Ю.В., Шиков А.Е., Нижников А.А., Антонец К.С.
Dissecting the environmental consequences of Bacillus thuringiensis application for natural ecosystems
Toxins (MDPI), V. 13, e355 (год публикации - 2021)
10.3390/toxins13050355
3.
Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Алагов Р.О., Нижников А.А., Антонец К.С.
Conservative blocks in C-terminal regions of 3-D Cry toxins exhibit amyloidogenic properties
BMC Bioinf., V. 22 (S 16) (год публикации - 2021)
10.1186/s12859-021-04475-z
4.
Маловичко Ю.В., Шиков А.Е., Нижников А.А., Антонец К.С.
In silico search for the hallmarks of plant-associated phenotypes in Bacillus strains
The FASEB Journal, V. 35 (S1) (год публикации - 2021)
10.1096/fasebj.2021.35.S1.02293
5.
Шиков А.Е., Маловичко Ю.В., Нижников А.А., Антонец К.С.
Current Methods for Recombination Detection in Bacteria
Int. J. Mol. Sci., Int. J. Mol. Sci. 2022, 23(11), 6257 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms23116257