vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2021-4-70-77vguit-2862Research ArticleПищевая биотехнологияFood biotechnologyЦианобактерии – перспективные объекты биотехнологии и медициныCyanobacteria - promising objects of biotechnology and medicinehttps://orcid.org/0000-0001-6247-5288ИскусныхО. Ю.IskusnykhO. Y.

к.б.н., соискатель , кафедра биохимии и биотехнологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Сand Sci. (Biol.), applicant, biochemistry and biotechnology department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

oleisk@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9205-7749ИскусныхА. Ю.IskusnykhA. Y.

к.б.н., ассистент, кафедра биохимии, Студенческая, 10, Воронеж, 394036, Россия

Сand Sci. (Biol.), assistent, biochemistry department, 10 Studencheskaya, Voronezh, 394036, Russia

annaiskus@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7601-2652ИскусныхД. О.IskusnykhD. O.

студент, кафедра технологии хлебопекарного, кондитерского, макаронного и зерноперера-батывающего производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

student, technology of bakery, confectionery, pasta and grain processing industries department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

iskusnuhd@ya.ruВоронежский государственный университет инженерных технологийРоссияVoronezh State University of Engineering TechnologiesRussian FederationВоронежский государственный медицинский университет им. Н.Н.БурденкоRussian FederationVoronezh State Medical UniversityRussian Federation2021240520258347077Copyright © Искусных О.Ю., Искусных А.Ю., Искусных Д.О., 20222022Искусных О.Ю., Искусных А.Ю., Искусных Д.О.Iskusnykh O.Y., Iskusnykh A.Y., Iskusnykh D.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/2862

Цианобактерии – древнейшие микроорганизмы, способные к фотосинтезу и азотфиксации. Широкая распространенность и высокая приспособляемость цианобактерий обеспечивается вторичными метаболитами различной химической природы. Среди них поликетиды, нерибосомные пептиды, небелковые аминокислоты, липополисахариды, алкалоиды, терпеноиды и другие с широким спектром биологической активности. В цианобактериях заключен огромный потенциал для открытия новых природных молекул, изучения путей их биосинтеза, разработки новых фармацевтических препаратов, их клинического применения. Преимущество цианобактерий как микробного источника для открытия лекарств заключается в экономии их культивирования с использованием простых неорганических питательных веществ по сравнению с другими микроорганизмами. Раскрытие потенциала цианобактерий требует применения передовых методов биотехнологии и синтетической биологии, что связано с необходимостью модификации вторичных метаболитов цианобактерий для получения широкого спектра ценных соединений. Биологическая очистка с применением микроводорослей – одно из наиболее перспективных направлений биотехнологии очистки сточных вод, характеризующееся высокой эффективностью, простотой, экологичностью. Проблемой остается получение штаммов, толерантных к высоким концентрациям углекислого газа и эвтофным условиям культивирования на животноводческих стоках. Сложность представляет также интеграция биотехнологий на основе цианобактерий в цикл очистки и переработки отходов животноводства. Работа в этом направлении в настоящее время продолжается. Использование методов современной биотехнологии позволит использовать цианобактерии для биодеградации загрязнений, в том числе отходов животноводства, производства эффективных нетоксичных и относительно недорогих лекарственных средств, способных преодолеть лекарственную резистентность и повысить эффективность лечения, а также наночастиц, молекулярного водорода, и решения других практических задач экологии, биотехнологии, медицины.

Cyanobacteria are the oldest microorganisms capable of photosynthesis and nitrogen fixation. The wide prevalence and high adaptability of cyanobacteria is provided by secondary metabolites of various chemical nature. Among them are polyketides, non-ribosomal peptides, non-protein amino acids, lipopolysaccharides, alkaloids, terpenoids and others with a wide range of biological activity. Cyanobacteria have a huge potential for discovering new natural molecules, studying the ways of their biosynthesis, developing new pharmaceuticals, and their clinical application. The advantage of cyanobacteria as a microbial source for drug discovery is the economy of their cultivation using simple inorganic nutrients compared to other microorganisms. Unlocking the potential of cyanobacteria requires the use of advanced methods of biotechnology and synthetic biology, which is associated with the need to modify the secondary metabolites of cyanobacteria to obtain a wide range of valuable compounds. Biological treatment using microalgae is one of the most promising areas of biotechnology for wastewater treatment, characterized by high efficiency, simplicity, and environmental friendliness. The problem remains to obtain strains that are tolerant to high concentrations of carbon dioxide and eutopic cultivation conditions in cattle-breeding effluents. Integration of cyanobacterial-based biotechnologies into the cycle of purification and processing of animal waste is also a challenge. Work in this direction is currently ongoing. The use of modern biotechnology methods will allow the use of cyanobacteria for the biodegradation of pollutants, including animal waste, the production of effective non-toxic and relatively inexpensive medicines capable of overcoming drug resistance and improving the effectiveness of treatment, as well as nanoparticles, molecular hydrogen, and solving other practical problems of ecology, biotechnology, medicine.

цианобактерииметаболитыцианотоксинынаночастицыспирулиналекарстваотходыбиотехнологияcyanobacteriametabolitescyanotoxinsnanoparticlesspirulinadrugswastebiotechnologyReferencesЧащин В.П., Гудков А.Б., Попова О.Н., Одланд И.О., Ковшов А.А. Характеристика основных факторов риска нарушений здоровья населения, проживающего на территориях активного природопользования в Арктике // Экология человека. 2014. № 1. С. 3–12.Chashchin V.P., Gudkov A.B., Popova O.N., Odland I.O., Kovshov A.A. Characteristics of the main risk factors for health disorders of the population living in the territories of active nature management in the Arctic. Human Ecology. 2014. no. 1. pp. 3–12. (in Russian).Конторович А.Э., Коржубаев А.Г., Эдер Л.В. Прогноз глобального энергообеспечения: методология, количественные оценки, практические выводы // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление: сетевой журн. 2006. № 5. URL: http://www.vipstd.ru/gim/content/view/90/278/Kontorovich A.E., Korzhubaev A.G., Eder L.V. Forecast of global energy supply: methodology, quantitative estimates, practical conclusions. Mineral resources of Russia. Economics and Management: Network Journal. 2006. no. 5. Available at: http://www.vipstd.ru/gim/content/view/90/278/ (in Russian).Раскина Т.А., Пирогова О.А., Зобнина О.В., Пинтова Г.А. Показатели системы остеокластогенеза у мужчин с различными клиническими вариантами анкилозирующего спондилита // Современная ревматология. 2015. Т. 9. № 2. С. 23–27. doi: 10.14412/1996-7012-2015-2-23-27Raskina T.A., Pirogova O.A., Zobnina O.V., Pintova G.A. Indicators of the osteoclastogenesis system in men with various clinical variants of ankylosing spondylitis. Modern rheumatology. 2015. vol. 9. no. 2. pp. 23–27. doi: 10.14412 / 1996-7012-2015-2-23-27 (in Russian).Терещенко Ю.В. Трактовка основных показателей вариабельности ритма сердца // Новые медицинские технологии на службе первичного звена здравоохранения: материалы межрегиональной конференции. 2010. С. 3–11.Tereshchenko Yu.V. Interpretation of the main indicators of heart rate variability. New medical technologies in the service of primary health care: materials of the interregional conference. 2010. pp. 3–11. (in Russian).Shah S., Akhter N., Auckloo B., Khan I. et al. Structural diversity, biological properties and applications of natural products from cyanobacteria. A review // Mar. Drugs. 2017. № 15. Р. 354. doi:10.3390/md15110354Shah S., Akhter N., Auckloo B., Khan I. et al. Structural diversity, biological properties and applications of natural products from cyanobacteria. A review. Mar. Drugs. 2017. no. 15. pp. 354. doi:10.3390/md15110354Иванова А.Е. Проблемы смертности в регионах Центрального федерального округа // Социальные аспекты здоровья населения. 2008. № 2. URL: http://vestnik.mednet.ru/content/view54/30/Ivanova A.E. Mortality problems in the regions of the Central Federal District. Social aspects of population health. 2008. no. 2. Available at: http://vestnik.mednet.ru/content/view54/30/ (in Russian).ГОСТ 8.586.5-2005. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. М.: Стандартинформ, 2007. 143 c.GOST 8.586.5-2005. State system for ensuring the uniformity of measurements. Measurement of flow and quantity of liquids and gases using standard orifice devices. Moscow, Standartinform, 2007. 143 p. (in Russian).Linington R.G., Edwards D.J., Shuman C.F., McPhail K.L. et al. Symplocamide A, a Potent Cytotoxin and Chymotrypsin Inhibitor from the Marine Cyanobacterium Symploca sp.// J. Nt. Prod. 2008. № 7. Р. 22–27. doi: 10.1021/np070280xLinington R.G., Edwards D.J., Shuman C.F., McPhail K.L. et al. Symplocamide A, a Potent Cytotoxin and Chymotrypsin Inhibitor from the Marine Cyanobacterium Symploca sp. J. Nt. Prod. 2008. no. 7. pp. 22–27. doi: 10.1021/np070280xWang Q., Liu Y., Guo J., Lin S. et al. Microcystin-LR induces angiodysplasia and vascular dysfunction through promoting cell apoptosis by the mitochondrial signaling pathway// Chemosphere. 2019. № 218. Р. 438–448. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.11.019Wang Q., Liu Y., Guo J., Lin S. et al. Microcystin-LR induces angiodysplasia and vascular dysfunction through promoting cell apoptosis by the mitochondrial signaling pathway. Chemosphere. 2019. no. 218. pp. 438–448. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.11.019Pereira A.R., Kalea A.J., Fenleyb A.T., Byruma T. et al. The Carmaphycins: new proteasome inhibitors exhibiting an ?, ?-epoxyketone warhead from 2 marine cyanobacterium // Chembiochem. 2012. №13(6). Р. 810–817. doi: 10.1002/cbic.201200007Pereira A.R., Kalea A.J., Fenleyb A.T., Byruma T. et al. The Carmaphycins: new proteasome inhibitors exhibiting an ?, ?-epoxyketone warhead from 2 marine cyanobacterium. Chembiochem. 2012. no. 13(6). pp. 810–817. doi: 10.1002/cbic.201200007Elkobi-Peer S., Singh R. K., Mohapatra T. M., Tiwari S. P. et al. Aeruginosins from a Microcystis sp. // Bloom Material Collected in Varanasi, India. Nat. Prod. 2013. №76. Р. 1187–1190. doi: 10.1021/np4001152Elkobi-Peer S., Singh R. K., Mohapatra T. M., Tiwari S. P. et al. Aeruginosins from a Microcystis sp. Bloom Material Collected in Varanasi, India. Nat. Prod. 2013. no. 76. pp. 1187–1190. doi: 10.1021/np4001152Bolatkhan K., Akmukhanova N.R., Zayadan B.K., Sadvakasova A.K. et al. Isolation and Characterization of Toxic Cyanobacteria from Different Natural Sources // Applied Biochemistry and Microbiology. 2017. №5 (7). Р. 754–760.Bolatkhan K., Akmukhanova N.R., Zayadan B.K., Sadvakasova A.K. et al. Isolation and Characterization of Toxic Cyanobacteria from Different Natural Sources. Applied Biochemistry and Microbiology. 2017. no. 5 (7). pp. 754–760.Uzair B., Tabassum S., Rehman S.F. Exploring marine ceanobacteria for lead compounds of pharmaceutical importance // Sci. World J. 2012. 179782.Uzair B., Tabassum S., Rehman S.F. Exploring marine ceanobacteria for lead compounds of pharmaceutical importance. Sci. World J. 2012. 179782.Yu H.B., Glukhov E., Li Y., Iwasaki A. et al. Cytotoxic Microcolin Lipopeptides from the Marine Cyanobacterium Moores producers // J. Nat. Prod. 2019. № 82. Р. 2608–2619. doi: 10.1021/acs.jnatprod.9b00549Yu H.B., Glukhov E., Li Y., Iwasaki A. et al. Cytotoxic Microcolin Lipopeptides from the Marine Cyanobacterium Moores producers. J. Nat. Prod. 2019. no. 82. pp. 2608–2619. doi: 10.1021/acs.jnatprod.9b00549Cotter P.D., Ross R.P., Hill C. Bacteriocins – A viable alternative to antibiotics? // Nat. Rev. Microbial .2013. № 11. Р. 95–105. doi: 10.1038/nrmicro2937Cotter P.D., Ross R.P., Hill C. Bacteriocins – A viable alternative to antibiotics? Nat. Rev. Microbial .2013. no. 11. pp. 95–105. doi: 10.1038/nrmicro2937Mishra P., Singh V.P., Prasad S.M. Spirulina and its nutritional importance: A possible approach for development of functional food // Biochem. Pharmacol. 2014. № 3. Р. 171.Mishra P., Singh V.P., Prasad S.M. Spirulina and its nutritional importance: A possible approach for development of functional food. Biochem. Pharmacol. 2014. no. 3. pp. 171.Minic S.L, Milcic M., Stanic-Vucinic D., Radibratovic M. et al. Phycocyanobilin, a bioactive tetrapyrrolic compound of blue-green alga Spirulina, binds with high affinity and competes with bilirubin for binding on human serum albumin // RSC Adc. 2015. № 5. Р. 61787–61798.Minic S.L, Milcic M., Stanic-Vucinic D., Radibratovic M. et al. Phycocyanobilin, a bioactive tetrapyrrolic compound of blue-green alga Spirulina, binds with high affinity and competes with bilirubin for binding on human serum albumin. RSC Adc. 2015. no. 5. pp. 61787–61798.Kumar J., Singh D., Tyagi M.B., Kumar A. Cyanobacteria: Applications in biotechnology // Cyanobacteria. 2019. Р. 327–346. doi: 10.1016/B978-0-12-814667-5.00016-7Kumar J., Singh D., Tyagi M.B., Kumar A. Cyanobacteria: Applications in biotechnology. Cyanobacteria. 2019. pp. 327–346. doi: 10.1016/B978-0-12-814667-5.00016-7Шевцов А.А., Дранников А.В., Востроилов А.В., Курчаева Е.Е. и др. Разработка технологии получения высокоэффективных полнорационных гранулированных комбикормов // Вестник ВГУИТ. 2020. Т. 82. №. 2 (84). doi: 10.20914/2310-1202-2020-2-137-145Shevtsov A.A., Drannikov A.V., Vostroilov A.V., Kurchaeva E.E. and others. Development of technology for obtaining highly efficient full-feed granulated compound feeds. Proceedings of VSUET. 2020. vol. 82. no. 2 (84). doi: 10.20914/2310-1202-2020-2-137-145 (in Russian).Mirsasaani S.S., Hemati M., Dehkord E.S., Yazdi G.T. et al. Nanotechnology and nanobiomaterials in dentistry // Nanobiomaterials in Clinical Dentistry. 2019. Р.19–37. doi: 10.1016/B978-0-12-815886-9.00002-4Mirsasaani S.S., Hemati M., Dehkord E.S., Yazdi G.T. et al. Nanotechnology and nanobiomaterials in dentistry. Nanobiomaterials in Clinical Dentistry. 2019. pp.19–37. doi: 10.1016/B978-0-12-815886-9.00002-4Vijayan S.R., Santhiyagu P., Ramasamy R., Arivalagan P. et al. Marine bionanotechnology // Enzyme Microb. Technol. 2016. № 95. Р. 45–57.Vijayan S.R., Santhiyagu P., Ramasamy R., Arivalagan P. et al. Marine bionanotechnology. Enzyme Microb. Technol. 2016. no. 95. pp. 45–57.Patel V., Berthold D., Puranik P., Gantar M. Screening of cyanobacteria and microalgae for their ability to synthesize silver nanoparticles with antibacterial activitvity // Biotechnol. Rep. 2015. № 5. Р. 112–119. doi: 10.1016/j.btre.2014.12.001Patel V., Berthold D., Puranik P., Gantar M. Screening of cyanobacteria and microalgae for their ability to synthesize silver nanoparticles with antibacterial activitvity. Biotechnol. Rep. 2015. no. 5. pp. 112–119. doi: 10.1016/j.btre.2014.12.001Georgianna D.R., Mayfield S.P. Exploiting diversity and synthetic biology for the production of algal biofuels // Nature. 2012 № 488. Р. 329–335. doi: 10.1038/nature11479Georgianna D.R., Mayfield S.P. Exploiting diversity and synthetic biology for the production of algal biofuels. Nature. 2012. no. 488. pp. 329–335. doi: 10.1038/nature11479Лыткина Л.И., Шенцова Е.С., Коптев Д.В., Ситников Н.Ю. Биореактор с применением импеллерных мешалок для культивирования биомассы микроводорослей // Вестник ВГУИТ. 2019. Т. 81. №. 1. С. 32-35. doi: 10.20914/2310-1202-2019-1-32-35Lytkina L.I., Shentsova E.S., Koptev D.V., Sitnikov N.Yu. Bioreactor with impeller stirrers for cultivating biomass of microalgae. Proccedings of VSUET. 2019. vol. 81. no. 1. pp. 32-35. doi: 10.20914/2310-1202-2019-1-32-35 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.