Ферменты и их использование в биокаталитических процессах

Создание конкурентоспособных производств ферментов, в том числе крупнотоннажных, является одной из приоритетных задач развития рынка промышленных биотехнологии в России. Использование современных эффективных ферментных препаратов способно обеспечить значительный прогресс в различных областях народного хозяйства и промышленности.

Поисковые исследования направлены на скрининг ферментов с заданными характеристиками в природных популяциях и коллекциях, а также в базах данных с использованием методов биоинформатики. Предполагается широкое использование высокопроизводительных методов скрининга с использованием робототехники.

Изучение механизмов биокатализа, выяснение физико-химических закономерностей, лежащих в основе ускорения химических реакций биокатализаторами. Разработка искусственных катализаторов, использующих принципы биокатализа (биомиметики). Выяснение пространственной структуры биокатализаторов методами структурной биологии (рентгеноструктурный анализ, ЯМР, и пр.) и компьютерного моделирования. Направленная эволюция ферментов и их рациональный дизайн методами направленного мутагенеза с целью улучшения их характеристик: повышения активности, изменения специфичности, повышения стабильности и пр. Создание рекомбинантных ферментов с улучшенными технологическими свойствами, в том числе осуществляющих несколько последовательных реакций. Изучение механизмов секреции ферментов из клеток микроорганизмов и оптимизация этих процессов.

Разработка новых методов выделения и очистки биокатализаторов, методов их иммобилизации и стабилизации, использования в нетрадиционных и неводных средах.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на создание: высокоактивных штаммов - продуцентов наиболее востребованных технических, кормовых и пищевых ферментов, таких как: целлюлазы, бета-глюканазы, ксиланазы, гемицеллюлазы, фитазы, пектиназы, амилазы, липазы, протеазы, нитрилгидратазы и других; биокатализаторов, используемых для создания сенсорных устройств, в процессах тонкого органического синтеза, для получения синтонов и т.п. (оксидоредуктазы, лигазы, синтазы и пр.). Поиск ферментов указанных классов, устойчивых к «экстремальным» условиям реальных биотехнологических процессов (высокая температура, кислотные или щелочные условия, присутствие солей, органических растворителей и т.п.). Использование высокопроизводительного скрининга для поиска мутантных вариантов ферментов с уникальными каталитическими свойствами, конструирование штаммов методами генетической инженерии, рационального дизайна и направленной эволюции ферментов. Развитие методов управляемого культивирования штаммов для достижения максимального урожая биомассы с высоким уровнем активности. Разработка научно-технологического задела по биокаталитическим процессам получения соединений, востребованных в различных отраслях промышленности.

Опытно-технологические работы. Предусматриваются опытно-конструкторские и опытно-технологические работы по разработке технологии культивирования штаммов-продуцентов и созданию готовых форм ферментных препаратов, удобных для последующего применения в различных областях. Разработка биокаталитических технологий для различных областей промышленности.

Инфраструктурные решения. Создание соответствующих объектов технологической инфраструктуры для обеспечения разработки промышленных технологий получения ферментных препаратов и биокатализаторов, в том числе организация пилотных производств. Создание высокопроизводительного скринингового центра по разработке новых биокатализаторов методами направленной эволюции.