Применение метагеномных технологий в изучении потенциально высокоэффективных целлюлозолитических микроорганизмов в составе сложного микробного консорциума.

Накопление растительных остатков в современной сельскохозяйственной промышленности и необходимость их дальнейшей переработки требуют новых подходов в изучении, поиске и создании высокоэффективных препаратов по разложению целлюлозосодержащих соединений.

Разложением целлюлозы и её производных занимается группа ферментов гликозил-гидролаз, объединенных в несколько сотен семейств, отличающихся как по субстрат специфичности, так и по принципу действия. Помимо этого, гены, отвечающие за синтез этих ферментов, в геномах микроорганизмах часто объединяются в так называемые PUL кластеры – polysaccharide utilization loci. Высокое разнообразие генов и сложность их организации усложняет поиск таргетных микроорганизмов по маркерам, основанным на единичных генах. Таким образом, в изучении ассоциативных микробных консорциумов, направленных на разложение растительных остатков, необходимо применение современных метагеномных подходов, позволяющих анализировать геномное строение десятков и сотен компонентов таких сообществ.

В статье Кимеклис и соавторов в журнале Frontiers in Microbiology, вышедшей в январе 2025 года, опубликованы исследования по этой теме, выполненные в рамках РНФ 23-16-00147 под руководством Андронова Е.Е. В рамках эксперимента было показано, что из микробиома почвы черневой тайги для разложения соломы и листового опада мобилизируются сотни микроорганизмов, потенциально способные разлагать целлюлозолитические остатки. С применением комплексного подхода по секвенированию ампликонных библиотек гена 16S рРНК на платформе Illumina Miseq и полных метагеномов на платформе Oxford Nanopore MinION на разных стадиях разложения, было выявлено, что лишь некоторые из участников этих консорциумов, специфичные для каждого субстрата, обладают повышенным содержанием PUL, что делает их потенциальными мишенями для селекции и использования в составе комплексных биопрепаратов. В настоящее время в лаборатории разрабатываются подходы для реализации этой задачи.

Исследования были выполнены на базе ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» ФГБНУ ВНИИСХМ.

Kimeklis AK, Gladkov GV, Orlova OV, Lisina TO, Afonin AM, Aksenova TS, Kichko AA, Lapidus AL, Abakumov EV and Andronov EE (2025) Metagenomic insights into the development of microbial communities of straw and leaf composts. Front. Microbiol. 15:1485353. doi: 10.3389/fmicb.2024.1485353