The object of research, development or design (in Russian) : Штаммы цианобактерий, выделенные из экстремальных экологических ниш Казахстана, обладающие активными генами, участвующими в ключевых метаболических процессах, таких как водородный обмен, синтез липидов, углеводов и бутанола.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Қазақстанның экстремалды экологиялық нишаларында тіршілік ететін және сутек алмасуы, липидтер, көмірсулар мен бутанол синтезі сияқты негізгі метаболикалық үрдістерге жауапты белсенді гендерге ие цианобактерия штамдары

Aim of work (in Russian) : Исследование метагеномных и метатранскриптомных данных экстремальных экосистем с целью выявления и пополнения коллекции микроорганизмов, обладающих уникальными метаболическими возможностями, что создаст основу для разработки инновационных и экологически устойчивых биотопливных технологий

Aim of work (in Kazakh) : Инновациялық және экологиялық тұрғыдан тұрақты биожанармай технологияларын дамытуға негіз болатын экстремалды экожүйелердің метагеномдық және метатранскриптомдық деректерін зерттеу арқылы ерекше метаболизмдік мүмкіндіктерге ие микроорганизмдер коллекциясын анықтау және толықтыру

Методы исследования (на русском) : Микробиологические (Отбор и подготовка проб, культивирование, выделение альгологически и бактериологически чистых штаммов микроорганизмов), микроскопические (световая), физиологические и биохимические тесты (оценка условий культивирования), молекулярно-генетические методы (выделение ДНК, амплификация генов, секвенирование и филогенетический анализ для идентификации и установления таксономической принадлежности штаммов), метагеномные и метатранскриптомные методы (анализ геномных и транскриптомных данных для выявления метаболических путей, ответственных за устойчивость к экстремальным условиям и продукцию целевых биомолекул), биоинформатические методы (сбор, аннотирование и интерпретация данных высокопроизводительного секвенирования с использованием специализированных программных пакетов, построение метаболических профилей и моделирование путей).

Методы исследования (на казахском) : Микробиологиялық (сынамаларды іріктеу және дайындау, өсіру, микроорганизмдердің алгологиялық және бактериологиялық таза штаммдарын бөліп алу), микроскопиялық (жарық микроскобы), физиологиялық және биохимиялық әдістер (өсіру жағдайларын бағалау), молекулалық-генетикалық әдістер (ДНҚ бөлу, гендерді амплификациялау, секвенирлеу және штамдардың таксономиялық тиесілігін анықтау және идентификациялау үшін филогенетикалық талдау), метагеномдық және метатранскриптомдық әдістер (экстремалды жағдайларға төзімділік пен нысаналы биомолекулалардың түзілуіне жауап беретін метаболизмдік жолдарды анықтау үшін геномдық және транскриптомдық деректерді талдау), биоинформатикалық әдістер (жоғары өнімді секвенирлеу деректерін жинау, аннотациялау және мамандандырылған бағдарламалық пакеттерді қолдану арқылы интерпретациялау, метаболизмдік профильдерді құрастыру және жолдарды модельдеу).

Obtained results and novelty (in Russian) : В ходе выполненного исследования впервые проведён комплексный метагеномный и метатранскриптомный анализ образцов экстремальных экологических ниш Казахстана с целью выявления микроорганизмов с потенциалом для биоэнергетики и биотехнологии. Полученные результаты подтвердили высокое таксономическое и функциональное разнообразие микробных сообществ, включая уникальные группы цианобактерий, микроводорослей, архей и экстремотолерантных бактерий, обладающих ценными метаболическими свойствами. Впервые для данных регионов выявлены гены, отвечающие за ключевые метаболические процессы: водородный обмен (hydA, hydB, hupSL), фиксацию азота (nifH, nifD, nifK), синтез липидов и жирных кислот (acc, fab, dgat), а также биосинтез бутанола (thl, bdhA, adhE). Установлен высокий потенциал микроорганизмов к генерации биоводорода, биодизеля и биобутанола, а также способность к деполимеризации растительной биомассы за счёт обогащения целлюлолитическими и гемицеллюлолитическими ферментами (GH3, GH5, GH9, AA10 и др.). Новизна исследования заключается в том, что впервые сформирована научно обоснованная база данных фототрофных и экстремотолерантных микроорганизмов Казахстана, обладающих высокой биотехнологической ценностью, а также выделены приоритетные кандидаты для создания коллекции штаммов и дальнейшей разработки экологически устойчивых биотопливных технологий.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жүргізілген зерттеу барысында Қазақстанның экстремалды экологиялық нишаларынан алынған үлгілерге метагеномдық және метатранскриптомдық кешенді талдау алғаш рет жүргізілді. Зерттеудің мақсаты биоэнергетика және биотехнология үшін әлеуеті жоғары микроорганизмдерді анықтау болды. Алынған нәтижелер микробтық қауымдастықтардың таксономиялық және функционалдық алуан түрлілігін, сондай-ақ ерекше метаболизмдік қасиеттерге ие цианобактериялар, микробалдырлар, археялар және экстремотолерантты бактериялардың бар екенін көрсетті. Алғаш рет осы аймақтар үшін сутектік алмасу (hydA, hydB, hupSL), азот фиксациясы (nifH, nifD, nifK), липидтер мен май қышқылдарының синтезі (acc, fab, dgat), сондай-ақ бутанол биосинтезі (thl, bdhA, adhE) сияқты негізгі метаболизмдік процестерге жауапты гендер анықталды. Микроорганизмдердің биологиялық сутек, биодизель және биобутанол өндіру қабілеті жоғары екендігі дәлелденді. Сонымен қатар, өсімдік биомассасын ыдыратуға қатысатын целлюлолитикалық және гемицеллюлолитикалық ферменттерді (GH3, GH5, GH9, AA10 және т.б.) кодтайтын гендердің кең шоғыры анықталды. Зерттеудің ғылыми жаңалығы Қазақстанның экстремалды экожүйелерінен бөлініп алынған фототрофты және экстремотолерантты микроорганизмдердің биотехнологиялық құндылығы жоғары ғылыми негізделген дерекқоры алғаш рет қалыптастырылды. Сондай-ақ перспективті штамдарды іріктеу және оларды экологиялық тұрақты биоотын өндіру технологияларын әзірлеуге пайдалану мүмкіндіктері айқындалды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Отобранные и выделенные культуры фототрофных микроорганизмов, обнаруженных в экстремальных экосистемах, обладают высокой биотехнологической ценностью благодаря своим уникальным метаболическим путям, стрессоустойчивости и способности функционировать в условиях, неподходящих для традиционных штаммов. Такие культуры могут быть использованы для разработки ресурсосберегающих и экологически устойчивых биотехнологий, в том числе для производства биотоплива, биоконверсии органических субстратов и восстановления нарушенных природных экосистем. Полученные результаты метагеномного и метатранскриптомного анализа служат основой для формирования национальной базы данных фототрофных микроорганизмов, включающей штаммы микроводорослей, цианобактерий и других микробных групп, обладающих потенциалом для применения в биоэнергетике, биоремедиации и производстве биопродуктов. Использование этих уникальных штаммов способствует повышению эффективности технологических процессов, снижению затрат на культивирование за счёт их природной адаптированности к экстремальным условиям и внедрению инновационных решений в биотехнологическую отрасль Республики Казахстан.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Экстремалды экожүйелерден алынған фототрофты микроорганизмдердің іріктелген және бөлініп алынған дақылдары өздерінің бірегей метаболизмдік жолдарына, стресстік жағдайларға жоғары төзімділігіне және әдеттегі штамдар үшін қолайсыз жағдайларда да өмір сүре алу қабілетіне байланысты жоғары биотехнологиялық құндылыққа ие. Мұндай дақылдар ресурсты үнемдейтін және экологиялық тұрғыдан тұрақты биотехнологиялық шешімдер әзірлеуде, соның ішінде биожанармай өндіру, органикалық субстраттарды биоконверсиялау және бүлінген табиғи экожүйелерді қалпына келтіру бағыттарында тиімді пайдаланылуы мүмкін. Метагеномдық және метатранскриптомдық талдау нәтижелері микробалдырлар, цианобактериялар және биоинженерия тұрғысынан перспективті басқа да микробтық топтарды қамтитын фототрофты микроорганизмдердің ұлттық дерекқорын қалыптастыруға негіз болады. Аталған бірегей штамдарды пайдалану технологиялық процестердің тиімділігін арттыруға, экстремалды жағдайларға табиғи бейімделгіштігі есебінен культивирлеу шығындарын азайтуға, сондай-ақ Қазақстан Республикасының биотехнология саласына инновациялық шешімдерді енгізуге мүмкіндік береді.

Level of implementation (in Russian) : В ходе исследования выделены перспективные культуры микроорганизмов, в том числе микроводорослей, цианобактерий и экстремотолерантных бактерий, обладающие уникальными метаболическими свойствами, выявленными с помощью метагеномного и метатранскриптомного анализа. Полученные чистые культуры могут быть использованы в различных направлениях экологической биотехнологии, включая биоэнергетику, биоконверсию органических субстратов, биоремедиацию экстремально загрязнённых сред и разработку инновационных биопрепаратов. Все выделенные активные штаммы будут включены в Коллекцию фототрофных микроорганизмов КазНИТУ имени К.И. Сатпаева, что обеспечит их сохранение, стандартизированный учёт и доступность для дальнейших исследований и прикладных разработок.

Level of implementation (in Kazakh) : Зерттеу барысында метагеномдық және метатранскриптомдық талдау арқылы ерекше метаболизмдік қасиеттерге ие перспективті микроорганизмдер культуралары, соның ішінде микробалдырлар, цианобактериялар және экстремотолерантты бактериялар іріктеліп алынды. Алынған таза культуралар экологиялық биотехнологияның әртүрлі бағыттарында, атап айтқанда биоэнергетикада, органикалық субстраттарды биоконверсиялауда, экстремалды ластанған ортада биоремедиация жүргізуде, сондай-ақ инновациялық биопрепараттар әзірлеуде қолдануға мүмкіндік береді. Барлық белсенді бөлініп алынған штамдар әрі қарай сақталуын, стандартталған тіркелуін және болашақ зерттеулер мен қолданбалы әзірлемелер үшін қолжетімділігін қамтамасыз ету мақсатында Қ.И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТЗУ-дың фототрофты микроорганизмдер коллекциясына енгізілетін болады.

Efficiency (in Russian) : Изучение биотехнологического потенциала микроорганизмов, выделенных из экстремальных экосистем, а также анализ их метагеномных и метатранскриптомных профилей позволяет выявить штаммы с уникальными метаболическими возможностями. Применение таких микроорганизмов способствует созданию эффективных и экологически устойчивых биотехнологий, включая производство биотоплива и восстановление нарушенных природных экосистем.

Efficiency (in Kazakh) : Экстремалды экожүйелерден бөлініп алынған микроорганизмдердің биотехнологиялық потенциалын зерттеу, сондай-ақ олардың метагеномдық және метатранскриптомдық профильдерін талдау бірегей метаболизмдік мүмкіндіктерге ие штамдарды анықтауға мүмкіндік береді. Мұндай микроорганизмдерді қолдану биоотын өндіру және бұзылған табиғи экожүйелерді қалпына келтіруді қоса алғанда, тиімді және экологиялық тұрақты биотехнологиялық шешімдерді дамытуға ықпал етеді.

Field of application (in Russian) : Область применения полученных результатов охватывает широкий спектр биотехнологических направлений, включая производство биотоплива, восстановление нарушенных экосистем и развитие экологически устойчивых технологий. Выделенные штаммы цианобактерий и других фототрофных микроорганизмов из экстремальных экологических ниш Казахстана, характеризующиеся активными генами, ответственными за водородный обмен, синтез липидов, углеводов и бутанола, представляют собой перспективное биологическое сырьё для разработки инновационных решений в области биоэнергетики. Их природная адаптация к высоким концентрациям солей, перепадам температуры и низкому содержанию питательных веществ позволяет снизить затраты на культивирование и делает такие штаммы особенно ценными для использования в промышленных процессах. Полученные данные метагеномного и метатранскриптомного анализа служат основой для формирования национальной коллекции фототрофных микроорганизмов с потенциалом для практического применения в энергетике. Методические подходы и научные результаты могут быть внедрены в учебный процесс и использованы для подготовки специалистов в области биотехнологии, микробиологии и биоэнергетики, а также послужат базой для дальнейших фундаментальных и прикладных исследований.

Field of application (in Kazakh) : Алынған нәтижелердің қолданылу аясы биотехнологияның кең ауқымды бағыттарын қамтиды, оның ішінде биоотын өндіру, бұзылған экожүйелерді қалпына келтіру және экологиялық тұрғыдан тұрақты технологияларды дамыту салаларын атап өтуге болады. Қазақстанның экстремалды экологиялық нишаларынан бөлініп алынған, сутек алмасуы, липидтер, көмірсулар және бутанол синтезіне жауапты белсенді гендерге ие цианобактерия және басқа да фототрофты микроорганизмдер штамдары биоэнергетика саласында инновациялық шешімдер әзірлеу үшін перспективті биологиялық шикізат болып табылады. Бұл штамдардың тұздардың жоғары концентрациясына, температуралық ауытқуларға және қоректік заттардың шектеулі жағдайларына табиғи бейімделгіштігі культивирлеу шығындарын азайтуға мүмкіндік береді және оларды өнеркәсіптік процестерде қолдануға ерекше құнды етеді. Метагеномдық және метатранскриптомдық талдау нәтижелері энергетика саласында практикалық тұрғыдан қолдануға әлеуеті бар фототрофты микроорганизмдердің ұлттық коллекциясын қалыптастыруға негіз болады. Әдістемелік тәсілдер мен ғылыми нәтижелер оқу процесіне енгізіліп, биотехнология, микробиология және биоэнергетика бағыттары бойынша мамандар даярлауға пайдаланылуы мүмкін, сондай-ақ болашақтағы іргелі және қолданбалы зерттеулерге негіз бола алады.