Genetic Technologies in the Development of Industrial Microbiology

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Modern strains of microorganisms used in industrial microbiology are the result of complex genetic manipulations. Such strains carry dozens of different mutations that alter the cell’s life strategy and ensure the overproduction of a target metabolite. Methods of induced variability (mutagenesis, genetic engineering, editing methods), and in recent years, methods of synthetic biology (de novo gene synthesis) have made the main contribution to the design of strains. At the same time, it is the methods of genomic editing (bacteriophage-specific recombination, homologous recombination and CRISP Cas systems) that meet modern biosafety requirements, and most importantly, they are the most powerful tool for creating industrial producer strains that ensure economically sound production of products with high market potential. The report examine the features of different editing systems for industrially significant types of microorganisms (corynebacteria, bacilli, enterobacteria, yeast), provide examples of the creation of strains-producers (amino acids, acrylic monomers, and carotenoids) at NRC “Kurchatov Institute” using the potential of natural diversity and genomic editing, and analyze the current state and measures for accelerated development of industrial microbiology.

About the authors

A. S Yanenko

National Research Center «Kurchatov Institute»

Email: Yanenko_AS@nrcki.ru
Moscow, Russia

References

  1. Hirasawa T., Maeda T. Adaptive laboratory evolution of microorganisms: Methodology and application for bioproduction // Microorganisms. 2022. V. 11. № 1. P. 92. https://doi.org/10.3390/microorganisms11010092
  2. Zhu Y. Advances in CRISPR/Cas9 // BioMed Res. Int. 2022. V. 23. https://doi.org/10.1155/2022/9978571
  3. Iram A., Dong Y., Ignea C. Synthetic biology advances towards a bio-based society in the era of artificial intelligence // Curr. Opin. Biotechnol. 2024. V. 87. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2024.103143
  4. Bubnov D.M., Yuzbashev T.V., Khozov A.A. et al. Robust counterselection and advanced λRed recombineering enable markerless chromosomal integration of large heterologous constructs // Nucl. Acids Res. 2022. V. 50. № 15. P. 8947–8960. https://doi.org/10.1093/nar/gkac649
  5. Yuzbashev T.V., Yuzbasheva E.Y., Melkina O.E. et al. A DNA assembly toolkit to unlock the CRISPR/Cas9 potential for metabolic engineering // Comm. Biol. 2023. V. 6. № 858. https://doi.org/10.1038/s42003-023-05202-5
  6. Shemyakina A.O., Grechishnikova E.G., Novikov A.D. et al. A set of active promoters with different activity profiles for superexpressing Rhodococcus strain // ACS Synth. Biol. 2021. V. 10. № 3. P. 515–530. https://doi.org/10.1021/acssynbio.0c00508
  7. Рябченко Л.Е., Шустикова Т.Е., Шереметьева М.Е. и др. Патент РФ RU 2 639 247 L-лизин-продуцирующая коринеформация бактерия с инактивированным геном ltbr и способ получения L-лизина с использованием этой бактерии.
  8. Debabov V.G. The threonine story // Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 2003. V. 79. P. 113–136. https://doi.org/10.1007/3-540-45989-8_4
  9. Khozov A.A., Bubnov D.M., Plisov E.D. et al. A study on L-threonine and L-serine uptake in Escherichia coli K-12 // Front. Microbiol. 2023. V. 14. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1151716
  10. Morbach S., Junger C., Sahm H., Eggeling L. Attenuation control of ilvBNC in Corynebacterium glutamicum: Evidence of leader peptide formation without the presence of a ribosome binding site // J. Biosci. Bioeng. 2000. V. 90. P. 501–507. https://doi.org/10.1016/s1389-1723(01)80030-x
  11. Ryabchenko L., Titov I., Leonova T. et al. Mutational analysis supports three-hairpin model of attenuator for transcription regulation of ilvBNCoperon in Corynebacterium glutamicum // Microorganisms. 2025. V. 13. № 291. P. 2–16. https://doi.org/10.3390/microorganisms13020291
  12. Yuzbasheva E.Y., Taratynova M.O., Fedyaeva I.M. et al. Large-scale bioproduction of natural astaxanthin in Yarrowia lipolytica // Biores. Technol. Rep. 2023. V. 21. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2022.101289
  13. Дебабов В.Г., Яненко А.С. Биокаталитический гидролиз нитрилов // Обзорный журнал по химии. 2011. Т. 1. № 4. С. 376–394.
  14. Лавров К.В., Ларикова Г.А., Яненко А.С. Новый биокаталитический процесс – синтез N-замещенных акриламидов // Биотехнология. 2012. № 4. С. 26–30.
  15. Grechishnikova E.G., Shemyakina A.O., Novikov A.D. et al. Rhodococcus: sequences of genetic parts, analysis of their functionality, and development prospects as a molecular biology platform // Crit. Rev. Biotechnol. 2022. V. 43. № 6. P. 835–850. https://doi.org/10.1080/07388551.2022.2091976
  16. Lavrov K.V., Shemyakina A.O., Grechishnikova E.G. et al. A new concept of biocatalytic synthesis of acrylic monomers for obtaining water-soluble acrylic heteropolymers // Metab. Eng. Commun. 2024. V. 18. https://doi.org/10.1016/j.mec.2023.e00231

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».