Молочнокислые бактерии (МКБ) — ключевые производственные микроорганизмы для ферментированных и функциональных пищевых продуктов. Главные технологические ограничения — фаговые инфекции и вариабельность штаммов, приводящие к сбоям процессов, потере качества и импортозависимости стартерных культур. Современные методы генетической и метаболической инженерии позволяют целенаправленно повышать фагоустойчивость и технологические свойства МКБ, однако для российских штаммов отсутствуют воспроизводимые инструменты, протоколы и референс-наборы данных.

Цель проекта — создать отечественную платформу инженерии МКБ для стабильной промышленной ферментации и выпуска функциональных продуктов. Научная новизна заключается в (а) сочетании системного картирования защитных механизмов от бактериофагов и уязвимостей штаммов на основе геномики/биоинформатики; (б) разработке модульных CRISPR/Cas-инструментов и плазмидных векторов; (в) получении фагоустойчивых и метаболически оптимизированных производственных штаммов.

Проект получил поддержку в рамках открытого публичного конкурса на получение грантов Российского научного фонда по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс). Финансирование выделяется Российским научным фондом и федеральной территорией «Сириус» на паритетных началах.

Руководитель проекта: Леонид Александрович Шапошников, старший научный сотрудник направления «Генетика», Научный центр генетики и наук о жизни.

Актуальность проекта

Актуальность включает в себя несколько аспектов:

1. Мировой тренд: ускоренное внедрение синтетической биологии в пищевые биопроцессы требует инженерных платформ, ориентированных на промышленную воспроизводимость (без «технических» следов, с возможностью мультиплексного редактирования и быстрой адаптации к новым штаммам и фагам).

2. Технологический суверенитет: импортозависимость стартерных культур и инструментов редактирования повышает риски для стабильности производства; отечественные протоколы и штаммы критичны для надёжного и масштабируемого производства ферментированных и функциональных продуктов.

3. Экономический эффект: фаговые инциденты — прямые потери и простои; повышение фагоустойчивости снижает брак, стабилизирует качество и сокращает издержки.

4. Сбережение здоровья и качество питания: инженерия МКБ позволяет настраивать пробиотические/функциональные свойства (метаболиты, кислотонакопление, антагонизм к патогенам), что релевантно задачам безопасного и качественного питания.

5. Стандартизация и воспроизводимость: открытые референс-наборы данных, универсальные векторные модули закрывают ключевой дефицит воспроизводимости в отрасли и упрощают перенос результатов в производственную среду.

Научная и практическая значимость проекта

Научная значимость

Проект объединяет системное картирование защитных механизмов от бактериофагов с практическими инструментами CRISPR/Cas9 и Cas12a для МКБ и демонстрирует переносимость модульных решений между видами. Новизна — в сочетании «омикс» приоритизации мишеней, подтверждённой мультиплексности редактирования и валидации на производственно значимых штаммах. Ожидаемые результаты соответствуют международным практикам микробной инженерии и синтетической биологии.

Практическая значимость

Результаты повышают устойчивость и качество производства ферментированных и функциональных продуктов, снижают потери от фаговых инфекций и уменьшают импортозависимость стартерных культур. Для индустрии это стабильность рецептур и сокращение простоев; для потребителей — качество и безопасность продукции. Инструментарий масштабируем на другие промышленные бактерии (расширение линейки культур и сервисов), что формирует мультипликативный эффект для пищевой и биотехнологической отраслей и поддерживает приоритеты технологического суверенитета. Результаты также дадут новые представления о механизмах противостояния фагам у МКБ и об эволюционной динамике соответствующих локусов. Сформированные модели обеспечат предсказательную базу для переноса инженерных решений между видами и штаммами.

Ожидаемые результаты

• Воспроизводимые CRISPR-протоколы и конструкторы векторов для МКБ; 
• Фагоустойчивые и метаболически улучшенные штаммы для промышленной апробации; 
• Референс-данные и методические рекомендации по контролю фагорисков.