Биотехнология пурпурных бактерий

Научная группа направления

Пурпурные несерные бактерии – это филогенетически разнородная группа бактерий, способных к аноксигенному фотосинтезу. Для осуществления фотосинтеза пурпурные бактерии синтезируют бактериохлорофиллы и каротиноиды, которые затем встраиваются в фотосинтетические пигмент липопротеиновые мембранные структуры. Кроме того, они содержат убихиноны, в частности, убихинон Q10, который уже доказал свою полезность в при лечении митохондриальных болезней и в парфюмерной промышленности. Разработанные в лаборатории методы культивирования позволяют получать до 60 г сухой биомассы на литр культуры с высоким содержанием целевых метаболитов, что свидетельствует о потенциале масштабирования данных технологий. Таким образом, разработка интенсивного культивирования пурпурных несерных бактерий и методов комплексного выделения из них ценных соединений является актуальным.

Ключевые задачи:

1. Поиск высокопродуктивных продуцентов бактериохлорофиллов, каротиноидов и убихинонов среди вновь выделенных пурпурных бактерий
2. Изучение геномов пурпурных бактерий с целью выяснения путей направленного мутагенеза для повышения выхода ценных соединений
3. Отработка методов интенсивного культивирования пурпурных бактерий в фототрофных и хемотрофных условиях
4. Оптимизация условий культивирования пурпурных несерных бактерий для увеличения выхода биомассы и целевых метаболитов;
5. Разработка комплексного получения ценных продуктов, и оценка их полезных свойств

Ключевые слова: пурпурные несерные бактерии, интенсивное культивирование, бактериохлорофилл, каротиноид, убихинон, культуральная жидкость как минеральная подкормка растений, биореактор, одноклеточный белок

Цель: Разработка комплекса биотехнологических решений для промышленного получения бактериохлорофилла a, каротиноидов и коэнзима Q₁₀ из биомассы пурпурных несерных бактерий

Задачи:

1. Поиск и отбор штаммов-продуцентов ценных веществ среди пурпурных несерных бактерий, в том числе по геномам в базах данных;
2. Отработка способа культивирования пурпурных несерных бактерий;
3. Оптимизация способа культивирования для получения целевых веществ в максимальных количествах;
4. Изучение геномов пурпурных несерных бактерий с целью направленного мутагенеза;
5. Разработка методов выделения целевых веществ из культуры клеток.

Объекты/штаммы

Методические разработки

1. Управляемое культивирование
2. Выделение и поддержание чистых культур пурпурных бактерий
3. Спектроскопия
4. Хроматомасс-спектрометрия
5. Выделение и поддержание чистых культур пурпурных несерных бактерий;
6. Культивирование микроорганизмов на жидких и твердых питательных средах;
7. Управляемое культивирование пурпурных несерных бактерий в биореакторе;
8. Спектроскопические методы анализа;
9. Определение содержания целевых веществ в культуральной суспензии и биомассе клеток;
10. Экстракция гидрофобных соединений;
11. Выделение жирорастворимых веществ из биомассы с дальнейшим разделением.

Патенты

1. Цыганков А.А., Старыгина П.А., Чудакова О.О., Хуснутдинова А.Н., Лауринавичене Т.В., Грин М.А., Миронов А.Ф., Филоненко Е.В. (2022) Пурпурная несерная бактерия Сereibacter sphaeroides – продуцент бактериохлорофилла а.
   Патент №2774962 приоритет изобретения 25.08.2021; дата государственной регистрации 24.06.2022.
2. Цыганков А.А., Старыгина П.А., Чудакова О.О. (2022) Способ культивирования пурпурных несерных бактерий с высоким содержанием бактериохлорофилла а.
   Патент №2774963 приоритет изобретения 25.08.2021; дата государственной регистрации 24.06.2022.
3. Старыгина П.А., Ашихмина О.О., Хуснутдинова А.Н., Пашинцева А.В., Цыганков А.А. (2025) Пурпурная несерная бактерия Rhodovulum visakhapatnamense – продуцент бактериохлорофилла a.
   Патент, дата приоритета 13.02.2025. RU 2848769

Ключевые результаты и вклад

1. Разработан и запатентован метод интенсивного культивирования пурпурной несерной бактерии Cereibacter sphaeroides, позволяющий получать более 50г сухой биомассы в литре культуры. Такая интенсивность культивирования существенно удешевляет процесс выращивания пурпурных бактерий.
   Значимость: штамм является перспективным промышленным продуцентом биоактивных соединений.
2. Найдены и запатентованы продуценты бактериохлорофилла а Cereibacter sphaeroides и Rhodovulum sp., позволяющие при использовании разработанного метода культивирования, получать более 400 мг и более 800 мг бактериохлорофилла в литре культуры соответственно.
   Значимость: Достижение высокой плотности культуры (до 60 г/л сухой биомассы) при сохранении высокого содержания целевых метаболитов (400 мг/л бактериохлорофилла а).
3. Показано, что эти продуценты являются одновременно и продуцентами такого каротиноида как сфероиденон и убихинона Q10. Одновременное получение нескольких продуктов из одной биомассы упрощает достижение рентабельного производства.
   Значимость: использование данного штамма позволит увеличить выход целевых веществ в биомассе и упростить культивирование в промышленных масштабах.

Публикации по направлению

1. Ashikhmina O.O., Ashikhmin A.A., Starygina P.A., Pashintseva A.V., Tsygankov A.A. (2025) Simultaneous Production of Hydrophobic Bioactive Compounds from Biomass of Purple Non-sulfur Bacterium Cereibacter sphaeroides. Applied Biochemistry and Microbiology
   DOI: https://doi.org/10.1134/S0003683824606437

1. Чудакова О.О., Старыгина П.А., Хуснутдинова А.Н., Лауринавичене Т.В., Грин М.А., Миронов А.Ф., Филоненко Е.В., Цыганков А.А. (2022) Пурпурная несерная бактерия Cereibacter sphaeroides – продуцент бактериохлорофилла а и ее интенсивное культивирование. Биотехнология, 38 (4), с. 7–15.
   DOI: https://doi.org/10.56304/S0234275822040056