Зачем российские ученые собирают библиотеку геномов микроорганизмов

Подробнее о научной работе рассказывает пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН на портале «Наука в Сибири». «Как отмечают участники проекта, речь не идет только о секвенировании генома, что в последние годы стало уже рутинной научной процедурой. «Секвенирование дает нам последовательность генов в ДНК организма, но это лишь первый шаг, - говорит ведущий научный сотрудник отделения «Курчатовский геномный центр ИЦиГ СО РАН» кандидат биологических наук Сергей Александрович Лашин. - Следующий этап заключается в построении на основе геномной информации метаболической карты организма, где видно, какие биохимические реакции могут в нем протекать, а также карты генетической регуляции, с помощью которой мы показываем, как взаимодействуют между собой гены. Затем на основе этих карт мы уже строим математические модели, где описываем, как происходит синтез определенного целевого продукта этим микроорганизмом». В итоге ученые получают не только достоверные данные о потенциале конкретной бактерии для производства тех или иных необходимых промышленности продуктов, но и понимание, как с помощью современных генетических технологий можно менять параметры этого процесса (например, повысить интенсивность синтеза вещества или изменить какие-то его характеристики). Одновременно с фундаментальными научными задачами, решаются и вполне прикладные: идет отбор микроорганизмов, потенциально пригодных для синтеза некоторых органических кислот, востребованных в производстве кормов для нужд сельского хозяйства. Проанализировав геномы двухсот с лишним микроорганизмов из коллекций, новосибирские биоинформатики отобрали 17 перспективных бактерий, которые теперь будут изучены более детально. При этом, подчеркивают исследователи, работа с остальными геномами была не напрасной, поскольку выявленные характеристики описаны и могут быть использованы для решения других задач. Список возможного применения микроорганизмов в биотехнологической промышленности постоянно расширяется: одни бактерии используют в синтезе сырья для фармакологических производств, другие – нефтедеструкторы - для ликвидации загрязнения окружающей среды нефтепродуктами (такими, как недавний разлив дизельного топлива в Норильске), третьи - в процессах переработки мусора, позволяющих превращать отходы в полезный продукт (биотопливо и т.п.). Глобальная цель проекта, реализуемого подразделениями Курчатовского геномного центра, — создать библиотеку моделей всех микроорганизмов, входящих в коллекции институтов, а их порядка десяти тысяч. Такая библиотека станет мощным ресурсом для развития отечественной биотехнологической промышленности. Одна из главных задач на этом пути - оптимизация самого процесса. Опыт подобного анализа и моделирования генома есть и у наших, и у зарубежных ученых, но обычно работа с одним геномом бактерии требует у исследователей от полугода до года работы. Теперь же требуется обработать тысячи геномов за пять лет. Очевидно, что это возможно лишь при максимальной автоматизации всех процессов. «На сегодня хорошо автоматизирован лишь процесс самого секвенирования, есть решения в области построения «рамочных» полногеномных моделей, а вот уточненные математические модели обычно по-прежнему требуют доводки в «ручном режиме», на что уходит много времени, - говорит Сергей Лашин. - Сейчас мы, параллельно с анализом геномов из коллекций, работаем и над автоматизацией этой части работы». Новосибирские ученые рассчитывают, что уже к концу года смогут создать готовую программную платформу, которая максимально сократит срок работы с отдельным геномом микроорганизма. Первые результаты работы над ней планируется обсудить на заседаниях специального симпозиума в рамках XII международной мультиконференции «Биоинформатика и системная биология» (BGRS/SB-2020), которая пройдет в Новосибирске. Организаторы симпозиума рассчитывают не только на обмен опытом с российскими и зарубежными коллегами, но и на возможное сотрудничество в развитии этой платформы. На сегодня ее аналогов в открытом доступе просто нет, а вот запрос на появление такого программного продукта очень высок. (Источник: www.sbras.info).