Задачей предлагаемого проекта является решение проблемы производства биофармацевтических веществ небелковой природы на примере артемизинина с использованием растительных экспрессионных систем, созданных с использованием методов синтетической биологии. Малярия- группа хронических трансмиссивных инфекционных заболеваний, передаваемых человеку при укусах малярийных комаров рода Anopheles. В настоящее время благодаря миграции населения, устойчивые очаги малярии сформировались в Московской области и на Кавказе. С 2016г. в России регистрируются летальные исходы от малярии. Предполагается, что наблюдающееся потепление климата будет способствовать распространению малярии в России, т.к. увеличится период эффективной заражаемости комаров. В настоящее время наиболее эффективными лекарственными средствами для лечения малярии являются комбинированные с артемезинином лекарственные средства (рекомендовано резолюцией ВОЗ WHA60.18, май 2007). Артемизинин представляе собой терпеновый лактон, содержится в растении полынь однолетняя (Artemisia annua) и имеет высокую эффективность против малярии, но его производство в мире недостаточно. Поэтому в настоящее время активно изучается возможность производства артемизинина методами, альтернативными экстракции из природных источников. Необходимо отметить, что в России до сих пор не производятся ни артимизинин, ни какие-либо другие антималярийные субстанции. Основной трудностью, лимитирующей получение веществ небелковой природы в растениях, является то, что для их синтеза требуются длинные биохимические цепочки и регулируемые соответствующими генетическими модулями. Для получения в растениях низкомолекулярных веществ небелковой природы требуется перенос в геномы растений группы гетерологичных генов и обеспечение их скоординированной экспрессии. В последние годы в биофарминг начинают внедряться современные подходы синтетической биологии, которые позволяют осуществлять перепроектирование существующих биологических систем для заданных целей. Современные методы молекулярной биологии растений позволяют создавать генетические и биохимические модули, и переносить их в растения для получения соединений, которые не синтезируются в данном виде растений. Исследования в мире в этой области в мире пока очень немногочисленны. В ходе исследований будут: 1. Клонированы гены пути биосинтеза артемизинина из полыни Artemisia annua; 2. Получена серия векторов для трансформации растений хризантем, в том числе вектор, несущий генетический модуль, включающий все 5 генов пути биосинтеза артемизинина («мегавектор»), и вектор для замалчивания экспрессии гена сквален-синтазы хризантемы; 3. Получены трансгенные растения хризантем, трансформированные генами биосинтеза артемизинина, проведён анализ накопления артемизинина в полученных растениях, отобраны линии-продуценты; 4. Изучено влияние замалчивания гена сквален-синтазы на накопление артемизинина в растениях-продуцентах; 5. Разработан лабораторный протокол выделения артемизинина из биомассы трансгенных растений хризантем, проведёно изучение особенностей его структуры в сравнении с артемизинином, выделенным из природного источника A. annua; 6. Проведено изучение антималярийных свойств артемизинина на лабораторных животных. В качестве экспрессионной платформы для наработки артемизина будет использована Хризантема садовая (Chrysanthemum morifolium). Особенностью хризантемы, определившей её выбор как экспрессионной платформы, является наличие в этом растении высокого уровня вторичных метаболитов, в частности, ключевого предшественника артемизинина - фарнезилдифосфата. Уровень накопления фарнезилдифосфата может быть дополнительно повышен за счет замалчивания гена сквален-синтазы хризантемы. Это делает возможным получение растений-продуцентов с высоким уровнем накопления артемизинина. Кроме того, для хризантемы детально разработаны методы биотехнологии, включая надёжные и воспроизводимые методы генетической трансформации. В результате реализации проекта, будет впервые разработана экспрессионная платформа на основе растений хризантем для получения антималярийного агента артемизинина. Растения-продуценты и полученные в ходе реализации проекта новые знания будут использованы в дальнейших исследованиях по разработке инновационной технологической платформы для производства артемизинина. Это позволит резко снизить себестоимость его производства, повысить доступность для различных категорий потребителей и, тем самым, увеличить конкурентоспособность фармацевтической промышленности. Кроме того, полученные новые знания могут быть использованы для разработки технологий производства различных низкомолекулярных соединений биофармацевтического назначения на основе растительных экспрессионных систем и в исследованиях в области синтетической биологии растений.