научная статья по теме ПОИСК ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ БИОСИНТЕЗА РЕГУЛЯТОРОВ ГРУППЫ А-ФАКТОРА – ЭНДОГЕННЫХ РЕГУЛЯТОРОВ РАЗВИТИЯ АКТИНОМИЦЕТОВ Биология

Текст научной статьи на тему «ПОИСК ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ БИОСИНТЕЗА РЕГУЛЯТОРОВ ГРУППЫ А-ФАКТОРА – ЭНДОГЕННЫХ РЕГУЛЯТОРОВ РАЗВИТИЯ АКТИНОМИЦЕТОВ»

МИКРОБИОЛОГИЯ, 2008, том 77, № 5, с. 716-719

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 579.873.054

ПОИСК ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ БИОСИНТЕЗА РЕГУЛЯТОРОВ ГРУППЫ А-ФАКТОРА - ЭНДОГЕННЫХ РЕГУЛЯТОРОВ РАЗВИТИЯ АКТИНОМИЦЕТОВ

© 2008 г. Д. Г. Козлов, |В. С. Сойфер|, И. А. Маланичева, О. В. Ефременкова1

ГУ НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе РАМН Поступила в редакцию 23.07.2007 г.

В последнее время пристальное внимание уделяется вопросам специфической регуляции процессов развития у прокариот. Описан ряд специфических сигнальных молекул различной химической природы, образуемых микроорганизмами и воздействующих на такие процессы в клетке как рост, морфологическая дифференцировка, синтез вторичных метаболитов, состояние покоя, индукция роста и деления клеток, адаптация к стрессу, реактивация "некультивируемых, но жизнеспособных" клеток и др. [1-8]. Одним из первых описанных регуляторов прокариот был А-фактор - 2S-изокаприлоил-3S-гидроксиметил-у-бутиролактон, выделенный из ак-тиномицета Streptomyces griseus (рис. 1) [9]. При расширении круга исследуемых видов актиномицетов было показано, что подобные А-фактору регуляторы широко распространены среди актиномицетов разных таксономических групп [10-12]. Установлена химическая структура не менее 15 регуляторов, обладающих близким химическим строением и перекрестным биологическим действием, что позволяет говорить о существовании у актиномицетов регуляторов группы А-фактора, биосинтез которых предположительно осуществляется по близкому механизму [13-19]. Высказывалось предположение, что в биосинтезе регуляторов группы А-фак-тора исходными метаболитами являются остатки жирных кислот и глицерин [9]. Косвенно об этом свидетельствует тот факт, что антибиотик церу-ленин, известный как ингибитор биосинтеза жирных кислот, также подавляет выработку регуляторов группы А-фактора [20].

Целью настоящей работы было доказательство предположения об участии жирных кислот в биогенезе А-фактора.

Объектом исследования был мутантный штамм Streptomyces griseus 1439, дефицитный по синтезу А-фактора, на протяжении 40 лет применяющийся в качестве основной тест-культуры при проведении исследований, связанных с А-фак-

1 Адресат для корреспонденции (e-mail: ovefr@narod.ru).

тором. Под воздействием содержащегося в среде А-фактора у штамма 1439 восстанавливаются процессы образования воздушного мицелия и спор, и таким образом, на основании восстановления морфогенеза можно судить о присутствии в среде А-фактора, его близких гомологов или аналогов. Восстановление морфогенеза возможно только под воздействием регуляторов группы А-фак-тора [9, 21].

Штамм 1439 культивировали на модифицированной среде № 2 Гаузе следующего состава (%): глюкоза - 1, пептон - 0.5, триптон - 0.3, хлорид натрия - 0.5, агар - 2, рН 7.2-7.4. Посевной материал штамма 1439 получали при глубинном культивировании на среде (%): глюкоза - 4, соевая мука - 3, хлорид натрия - 0.25, (NH4)2SO4 - 0.6, KH2PO4 - 0.05, мел - 0.6, вода дистиллированная, рН 7.0, в течение 2 сут при температуре 28°С на качалке с 200 об/мин.

В качестве предполагаемых предшественников синтеза А-фактора применяли следующие Р-кетоэфиры жирных кислот (КЭЖК): I -(СН3)2СН(СН2)4СОСН2СООСН3 и II -(СН3)2СНСН2СОСН2СООСН3), также как и А-фак-тор, синтезированные в Институте биоорганической химии РАН В.С. Сойфером. О биологическом действии исследуемых веществ судили по появлению воздушного мицелия у тест-штамма 1439. Для этого водную суспензию исследуемого вещества интенсивно встряхивали на шейкере до получения

Рис. 1. Строение ауторегуляторов 5. griseus А-факто-ра (п = 4) и его низших гомологов: природных (п = 2 и 3) и искусственно синтезированного (п = 1).

мелкодисперсной суспензии, которую вносили в расплавленный агар в чашки Петри. На поверхность агаровой среды высевали посевной материал в виде капли. Чашки инкубировали при 28°С в течение 5 сут. Наличие воздушного мицелия и его интенсивность оценивали визуально.

Нами было установлено, что используемые Р-кетоэфиры жирных кислот (КЭЖК) способны индуцировать спорообразование у мутанта 1439. Следует отметить, что, если в контроле количество А-фактора, вызывающее спорообразование, составляло 10 мкг/мл, то для индукции спорообразования штамму 1439 требовалось КЭЖК I и II, соответственно, в 50 и 500 раз больше по сравнению с А-фактором (таблица). Поэтому первое из указанных соединений можно рассматривать в качестве предшественника А-фактора, а второе соединение - в качестве предшественника его самого низшего искусственного гомолога. Этот вывод согласуется с ранее проведенными наблюдениями, показавшими, что биологическая активность низших гомологов существенно ниже активности А-фактора, причем удельная активность регулятора тем ниже, чем короче боковая цепь у у-бути-ролактона [9].

Другим подтверждением пути биосинтеза А-фактора через жирные кислоты является тот факт, что при внесении в наших экспериментах в агаровую среду глицерина в 2-3 раза понижается количество предшественников (КЭЖК), требуемых для индукции образования воздушного мицелия. Этот результат можно объяснить лучшим

Индукция спорообразования у тест-штамма 5. griseus 1439 - индикатора А-фактора

Исследуемое вещество Концентрация, вызывающая спорообразование, мкг/мл

А-фактор 10

(СН3)2СН(СН2)4СОСН2СООСН3 500

(СН3)2СНСН2СОСН2СООСН3 5000

мольным соотношением Р-кетоэфир : глицерин в реакции биосинтеза А-фактора.

Полученные результаты подтверждают высказанное нами предположение, что в биогенезе А-фактора участвует мзо-Р-кетокислота, которая циклизуется с участием молекулы окисленного глицерина с образованием непредельного у-лакто-на через потерю воды из второго положения окисленного глицерина с последующим восстановлением до А-фактора (рис. 2).

В настоящее время установлено строение 15 природных регуляторов - гомологов или близких аналогов А-фактора, у представителей семи видов стрептомицетов [13-19]. Общим в строении этих регуляторов является наличие у-бутиролак-тонного кольца (бутанолида), оксиметила в положении 3 и остатка жирной кислоты в положении 2.

Ауторегуляторы ряда грамотрицательных бактерий (гомосеринлактоны) также имеют в своем составе у-бутиролактон (бутанолид) и остаток жирной кислоты. Отсутствие оксиметила в поло-

(СИз)2СИ(СИ2)4СОСИ2СООСИз

+ ИО СИ2 ^моы

ИО-СИ I

ИО-СИ2

(СИ3)2СИ(СИ2)4СОСИ2СООСИ2

II ИО-СИ I

ИО-СИ2

[О]

I

(СИз)2СИ(СИ2)4СО^^

уК /О

ИОИ2С X/ III

О

[И]

(СИз)2СИ(СИ2)4СО

ИОИ2С IV

О

Рис. 2. Схема биосинтеза А-фактора.

718

КОЗЛОВ и др.

жении 3 и наличие азота являются основными отличительными чертами гомосеринлактонов при их сопоставлении с регуляторами группы А-фактора [9]. При этом отметим, что А-фактор не влияет на индукцию вторичных синтезов в стационарной фазе (биолюминесценцию) у Vibrio fisherii и Erwinia carotovora [22]. Ранее в наших исследованиях мы показали, что гомосеринлактон, образуемый V. fisherii, не индуцирует спорообразования у тест-штамма на А-фактор S. griseus 1439. Известно, что исходным метаболитом в биосинтезе гомосеринлактонов является S-аденозилметионин [23]. Согласно представленным результатам, в отличие от гомосеринлактонов биосинтез регуляторов группы А-фактора происходит по другому механизму, в котором исходными метаболитами являются остатки жирных кислот и глицерин.

Таким образом, впервые показано, что внеклеточные микробные ауторегуляторы - А-фактор и ацилированные гомосеринлактоны синтезируются в клетках прокариот различными путями. Полученные данные важны для объяснения различий в функциях двух групп низкомолекулярных ауторегуляторов, имеющих в структуре общий элемент - бутанолид.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мулюкин АЛ, Демкина Е.В., Козлова АН, Сои-на В С., Элъ-Регистан Г.И. Синтез аутоиндукто-ров анабиоза у неспорообразующих бактерий как механизм регуляции их активности в почве и подпочвенных осадочных породах // Микробиология. 2001. Т. 70. № 5. С. 620-628.

2. Мулюкин АЛ., Луста К.А., Грязнова М.Н., Козлова АН, Дужа М.В, Дуда В.И, Элъ-Регистан Г.И. Образование покоящихся форм Bacillus cereus и Micrococcus luteus // Микробиология. 1996. Т. 65. № 6. С. 782-789.

3. Мулюкин А.Л., Филиппова С.Н., Козлова АН, Сургучева НА, Богданова Т.И., Цаплина И.А., Элъ-Регистан Г.И. Видонеспецифичность действия низкомолекулярных ауторегуляторов - неа-цилированного лактона гомосерина и гексилре-зорцина - на рост и развитие бактерий // Микробиология. 2006. Т. 75. № 4. С. 472-482.

4. Демкина Е.В., Соина В С, Элъ-Регистан Г.И, Звягинцев Д.Г. Репродуктивные покоящиеся формы Arthrobacter globiformis // Микробиология. 2000. Т. 69. № 3. С. 377-382.

5. Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. Цитокины - возможные активаторы роста патогенных бактерий // Вести РАМН. 2000. Т. 1. С. 13-17.

6. Волошин CA., Капрелъянц A.C. Межклеточные взаимодействия в бактериальных популяциях // Биохимия. 2004. Т. 69. № 11. С. 1555-1564.

7. Салина Е.Г., Вострокнутова Г.Н., Шлеева М.О., Капрелъянц A.C. Роль внеклеточных взаимодействий при образовании и реактивации "некульти-вируемых" микобактерий // Микробиология. 2006. Т. 75. № 4. С. 502-508.

8. Николаев Ю.А., Мулюкин А.Л, Степаненко И.Ю., Элъ-Регистан Г.И. Ауторегуляция стрессового ответа микроорганизмов // Микробиология. 2006. Т. 75. № 4. С. 489-496.

9. Хохлов A.C. Низкомолекулярные микробные ауторегуляторы. М.: Наука, 1988. 272 c.

10. Ефременкова О.В, Анисова Л.Н., Хохлов A.C. Выделение различными актиномицетами веществ, вызывающих споруляцию у аспорогенного мутанта Streptomyces griseus // Микробиология. 1979. Т. 48. № 6. С. 999-1003.

11. Ефременкова О.В., Aнисова Л.Н., Камзолки-на О.В., Дмитриева C.B., Горин C.E., Бартоше-вич Ю.Э. Образование регуляторов типа А-фактора представителями рода Micromonospora // Антибиотики и медицинская биотехнология. 1987. Т. 32. № 9. С. 643-648.

12. Бушуева O.A., Ефременкова О.В., Горин C.E., Бартошевич Ю.Э. Влияние низкомолекулярных регуляторов на биосинтез рифампицина В штаммами Amycolatopsis mediterranei // Антибиотики и химиотерапия. 1991. Т. 36. № 3. С. 11-15.

13. Клейнер Е.М., Плинер C.A., ^йфер B.C., Оноприенко В В., Балашова T.A., Розынов Б.В., Хохлов A.C.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»