Питательная минеральная среда на основе арабиногалактана для культивирования микроорганизмов и способ культивирования штаммов микроорганизмов, синтезирующих фермент для гидролиза арабиногалактана
лиственница арабиногалактан питательные среды штаммы микроорганизмов фермент В-галактозидаза
Характеристика проблемы и обоснование необходимости её решения. 
Поиск дешёвых субстратов для культивирования микроорганизмов в настоящее время является актуальной проблемой биотехнологии. В качестве недорого источника углерода для промышленного культивирования может быть использован водорастворимый полисахарид – арабиногалактан, в настоящее время — это отход при производстве целлюлозы из древесины лиственницы (40% от общего объёма древесины в результате распиловки на предприятиях). Не все микроорганизмы могут самостоятельно расщеплять арабиногалактан до простых моносахаридов и использовать в дальнейшем в качестве источника углерода, поэтому было бы нецелесообразно использовать его в таком виде в питательной среде. Однако, у некоторых микроорганизмов есть фермент β-галактозидаза, который способен быстро расщеплять сложные углеводы, и превращать их в простые сахара, хорошо усваиваемые всеми микроорганизмами. Использованию арабиногалактана, как основы питательной минеральной среды для культивирования микроорганизмов и реализации способа культивирования штаммов микроорганизмов, синтезирующих фермент для гидролиза арабиногалактана, посвящено заявляемое техническое решение. 
По предварительным подсчётам использование новой технологии: - повысит доступность исходного сырья на 45%; - обеспечит продуцирование штаммом внеклеточного, стабильного фермента без внесения ионов металлов (штамм, продуцирующий стабильный фермент непосредственно в среду, расширит диапазон температурного и рН действия для эффективной биоконверсии арабиногалактана); увеличится диапазон температурного (вместо узкого варьирования температур между 70-80 °C) и рН ( 4,2-7,6) действия для эффективной биоконверсии арабиногалактана; будет наблюдаться повышение до 70% уровня безотходного производства биомассы лиственницы сибирской; разработанная технология за максимально короткое время обеспечит наибольшую биомассу конечного продукта.
Недостатки существующих аналогов: 1) Высокая стоимость готового продукта (80,00 $-300,00 $ / кг) 2) Необходимость внесения ионов металлов для стабилизации внутриклеточного фермента, который продуцируют дрожжи и бактерии. 3) Затраты на длительное культивирование и гомогенизацию для разрушения клеток и извлечения фермента. 4) Узкий температурный (70-80 °C) и pH (4,2-4,5) диапазоны действия ферментного препарата дрожжевого происхождения. 
Основной технической проблемой аналогов и прототипа является высокая сложность культивирования микроорганизмов, продуцирующих фермент бета-галактозидазу. Известные решения аналогов отличает технологическая и аппаратная сложность, а именно: использование сложных питательных сред (в том числе использование в качестве индуктора лактозы и галоктозы), наличие больших затрат на культивирование и извлечение необходимого фермента. Всё вышеперечисленное приводит к увеличению стоимости готового продукта. 
Задачей настоящего проекта является устранение недостатков прототипа.
Идея проекта заключается в применении отечественной, недорогой питательной минеральной среды на основе арабиногалактана на биотехнологических производствах  с помощью простого способа культивирования штаммов микроорганизмов, синтезирующих фермент β -галактозидаза, для гидролиза арабиногалактана.  Разрабатываемая  технология не имеет негативного воздействия на окружающую среду. 
План реализации. 
1 этап. 1. Разработка эндофитных микроорганизмов из древесины лиственницы сибирской. 2. Анализ параметров выделенных штаммов микроорганизмов. 3. Исследование условий для поддержания жизнедеятельности исследуемых штаммов. 4. Идентификация полученных микроорганизмов. 5. Исследование способности штаммов к синтезу фермента В-галактозидазы.	
2 этап. 1. Исследование оптимального состава питательной среды и оптимального значения рН. 2. Разработка технологического режима культивирования (время культивирования, температура, режим аэрации, режим перемешивания). 3. Исследование влияния условий культивирования на динамику спорообразования штаммов. 4. Разработка лабораторного регламента для культивирования штаммов микроорганизмов, обеспечивающий синтез  фермента для гидролиза арабиногалактана.	
Технический результат проекта - упрощение производства питательной минеральной среды для культивирования промышленных штаммов микроорганизмов достигается, за счет того, что в питательной среде в качестве источника углерода используют только сложный полисахарид – арабиногалактан, который под воздействием выделяемой эндофитами внеклеточной формы β-галактозидазы расщепляется на моносахара и используются микроорганизмами. Использование арабиногалактана в составе питательной минеральной среды, позволяет культивировать штаммы микроорганизмов, синтезирующих фермент для гидролиза арабиногалактана из отходов производства лиственницы на биотехнологических предприятиях, что существенно упрощает технологию производства и повышает безотходность производства и обработки лиственницы на предприятиях. 
Также заявленный технический результат достигается благодаря тому, что в заявленном техническом решении для биосинтеза β-галактозидазы не используют лактозу и галактозу, что позволяет упростить способ культивирования и снизить стоимость готового продукта. 
Также заявленное техническое решение в перспективе может обеспечить: 
- повышение доступности исходного сырья на 45%; 
- продуцирование штаммом внеклеточного, стабильного фермента без внесения ионов металлов (штамм, продуцирующий стабильный фермент непосредственно в среду, расширит диапазон температурного и рН действия для эффективной биоконверсии арабиногалактана); 
- увеличение диапазона температурного (вместо узкого варьирования температур между 70-80 °C) и рН (4,2-7,6) действия для эффективной биоконверсии арабиногалактана; 
- повышение до 70% уровня безотходного производства биомассы лиственницы сибирской.
Продукты биотехнологической переработки арабиногалактана (моносахара) могут стать экономически выгодным составляющим субстратом для культивирования промышленных штаммов микроорганизмов на биотехнологических производствах, например, при производстве пищевых или кормовых дрожжей. Разработанная технология культивирования микроорганизмов, продуцирующих фермент для гидролиза арабиногалактана, может быть  коммерциализована далее продажей лицензии на использование патента предприятиям биотехнологического профиля и вновь организованным малым инновационным предприятиям по производству дешёвых субстратов для выращивания микроорганизмов, на основе биотехнологической переработки арабиногалактана, образующегося при производстве целлюлозы из лиственницы или переработки низкосортной древесины лиственницы.
Алёна
Черепанова
Андреевна
Руководитель
Отсутствует
Отсутствует
-
-
РОССИЯ
Алёна
Черепанова
Андреевна
Руководитель
РОССИЯ
12.51.51
Методика и техника индивидуальной исследовательской работы
01.06.GU
ECOLOGY
02.08.DB
BIOTECHNOLOGY & APPLIED MICROBIOLOGY
01.06.CU
BIOLOGY
Алёна
Черепанова
Андреевна
На данный момент проект находится на завершающей стадии выполнения НИОКР. Выполнены исследования, связанные с разработкой питательной среды на основе арабиногалактана и технологии культивирования микроорганизмов, синтезирующих фермент В-галактозидаза. Подана заявка на изобретение «Питательная минеральная среда на основе арабиногалактана для культивирования микроорганизмов и способ культивирования штаммов микроорганизмов, синтезирующих фермент для гидролиза арабиногалактана».
РОССИЯ
ФОНД СОДЕЙСТВИЯ ИННОВАЦИЯМ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
СЕРГЕЙ
ПОЛЯКОВ
ГЕННАДЬЕВИЧ
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
Алёна
Черепанова
Андреевна
Физическое лицо
РОССИЯ