Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Продуцент
Направление НПИ: 4. Космическая биология и биотехнология
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Оптимизация свойств бактериальных штаммов-продуцентов путём экспозиции в условиях орбитального космического полёта и последующей наземной селекции
Цель эксперимента:

Получение штаммов-продуцентов БАВ с оптимальными свойствами по результатам экспозиции в условиях космического полета: повышенной продуктивностью, генетической стабильностью, улучшенными ростовыми характеристиками.

Описание эксперимента:

Анализ литературных данных и собственных космических экспериментов на ОС «МИР» и РС МКС с культурами бактерий показал, что именно воздействие уникальных условий космического полёта (прежде всего, микрогравитации) обеспечивает накопление в бактериальной популяции клеток продуцента с улучшенными характеристиками

Применение методов наземной селекции позволяло выделять из популяции, подвергнутой экспозиции в космическом эксперименте, варианты штаммов с улучшенными ростовыми характеристиками и повышенной продуктивностью.

Это означает, что экспозиция в условиях орбитального полета с последующей селекцией на Земле можно использовать в качестве метода получения линий штаммов - продуцентов с повышенным числом копий плазмид, контролирующих синтез целевых продуктов. Это приведет к улучшению, по крайней мере, двух характеристик штаммов - продуктивности и генетической стабильности.

Так, в трёх последовательных космических экспериментах продуктивность штамма– продуцента Cu,Zn-супероксиддисмутазы человека (СОД) была увеличена почти на порядок. В итоге работы был получен генетически стабильный штамм – суперпродуцент СОД с уровнем продуктивности более 1,0 г СОД с 1 литра культуры.

На микроорганизмы, в первую очередь, действуют обусловленные микрогравитацией факторы: отсутствие всех видов конвекции, обусловленных гравитацией: термоконвекции, концентрационной и плотностной конвекции, а также седиментации клеток.

При этом не учитываются электромагнитные эффекты, обусловленные движением клетки в магнитном поле Земли и обусловленные этим движением токами в среде и внутри клетки, а также изменениями поверхностного заряда клетки.

Поскольку и сама клетка, и внутриклеточные структуры электрически заряжены, роль эффектов, обусловленных магнитным полем, может быть не менее важной, чем роль микрогравитации. Предварительные результаты, полученные в эксперименте “Биомагнистат” на ОС «МИР» показали, что экранирование геомагнитного поля улучшает ростовые характеристики культур рекомбинантных штаммов, подвергнутых экспозиции в условиях орбитального полета, без снижения сегрегационной стабильности плазмид.

Необходимость проведения исследований в реальных условиях Космоса определяется целью и задачами эксперимента и диктуется невозможностью имитировать на Земле совокупность действия ФКП, присущих орбитальному полету и космическому пространству, на свойства культур штаммов бактерий – продуцентов рекомбинантных белков с полезными свойствами.

В КЭ будут использоваться рекомбинантные штаммы – продуценты белков, предназначенных для создания новых лекарственных препаратов. Так в настоящее время на различных стадиях разработки находятся штаммы - продуценты: стафилококкового белка А, специфических эндопротеаз, эритропоэтина, интерлейкина-2 человека и т.д.

Для реализации эксперимента необходимо оборудование: укладка «Биоэкология» и магнитоизолирующий контейнер «Биомагнистат-М».

Новизна эксперимента:

Новизна исследований по оптимизации свойств бактериальных штаммов - продуцентов рекомбинантных белков путём экспозиции в условиях орбитального космического полета и экранированием магнитного поля и последующей наземной селекции будет также обеспечена подбором новых штаммов-продуцентов, с которыми работ в России и за рубежом не проводилось.

Научная аппаратура: Аппаратура, необходимая для выполнения КЭ:

- укладка «Биоэкология», разработана и успешно используется в настоящее время для КЭ по биотехнологии;

- аппаратура «Биомагнистат» использовалась на ОС «МИР».
Ожидаемые результаты:

-сравнительные данные о влиянии условий орбитального космического полёта на свойства культур бактерий – продуцентов различных рекомбинантных белков: жизнеспособность, генетическую стабильность, продуктивность;

-фундаментальные данные о роли геомагнитного поля в эффекте условий орбитального космического полета на генетические и физиологические свойства культур рекомбинантных штаммов микроорганизмов, а также данные об оптимальных условиях получения исходного материала для наземной селекции вариантов штаммов - продуцентов БАВ с повышенной продуктивностью и генетической стабильностью;

 

-варианты (линии) штаммов-продуцентов с улучшенными свойствами: повышенной продуктивностью, генетической стабильностью, ростовыми свойствами.

Результаты КЭ найдут практическое применение при производстве препаратов и в разрабатываемых технологических процессах.

 

 

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: Эксперимент выполняется в два этапа. Число сеансов по первому этапу – 4, число сеансов по второму этапу – 6, начиная с 2015г. по 2020 г.
Состояние эксперимента: Реализуется
Организация постановщик: Открытое акционерное общество «Биохиммаш» , г. Москва, ул. Самокатная, д. 4а
Организации участники: ООО «Протеиновый контур», г. Санкт-Петербург; РКК «Энергия» , г. Королев, МО; НПП «БиоТехСис» НПП «БиоТехСис» г. Полимерная
Научный руководитель: Евстигнеев В.И., ОАО «Биопрепарат», первый зам. ген. директора, к.м.н., профессор
Публикации по эксперименту:

1. Langbein D. Physical parameters affecting living cells in space.// Adv. Space Res.- 1986.- V.6.- №12.- P.5-14.

2. Mennigmann HD, Lange M. Growth and differentiation of Bacillus subtilis under microgravity.// Naturwissenschaften.- 1986.- V.73.- №7.- P.415-7

3. Cifferi O., Tiboni O., Di Pasquale G., et al. Effect of microgravity on genetic recombination in Escherichia coli.// Naturwissenschaften.- 1986.- V.73.- №7.- P.418-421.

4. Gasset G, Tixador R, Eche B, et al. Growth and division of Escherichia coli under microgravity conditions.// Res. Microbiol.- 1994.- V.145.- №2- P.111-20.

5. Thevenet D, D'Ari R, Bouloc P. The SIGNAL experiment in BIORACK: Escherichia coli in microgravity.// J. Biotechnol.- 1996.- V.47.- №2-3.- P.89-97.

6. Klaus D, Simske S, Todd P, Stodieck L. Investigation of space flight effects on Escherichia coli and a proposed model of underlying physical mechanisms.// Microbiology.- 1997.- V.143.- Pt.2.- P.449-55.

7. Brown RB, Klaus D, Todd P. Effects of space flight, clinorotation, and centrifugation on the substrate utilization efficiency of E. coli.// Microgravity Sci. Technol.- 2002.- V.13.- №4.- P.24-9.

8. Kacena MA, Manfredi B, Todd P. Effects of space flight and mixing on bacterial growth in low volume cultures.// Microgravity Sci. Technol.- 1999.- V.12.- №2.- P.74-7.

9. Зеров Ю.П., Кривоногов С.В., Митичкин О.В., Самарина М.Р. Изучение влияния условий космического полета на рекомбинантные штаммы микроорганизмов.// Тезисы Международного космического конгресса, Москва, 1994 г.

10. Зеров Ю.П., Митичкин О.В., Оськин Б.В., Самарина М.Р., Щербаков Г.Я. Исследование влияния факторов космического полета на генетические свойства клеток - продуцентов БАВ. Тезисы докл. XI конф. по косм. биол. и авиакосм. мед., Москва, Россия, 22-26 июня 1998 г.// Космическая биология и авиакосмическая медицина.- 1998 - Т.1.- с.278-279.

Последнее обновление: 17.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения