МИКРОБИОЛОГИЯ, 2009, том 78, № 5, с. 684-689
= ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 582.281.123.2.017.735:547.92
ВТОРИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ В ТАКСОНОМИИ ГРИБОВ
ПОДРОДА PENICILLIUM
© 2009 г. А. Г. Козловский1, В. П. Желифонова, Т. В. Антипова
Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и физиологии микроорганизмов
им. Г.К.Скрябина РАН, Пущино Поступила в редакцию 30.09.2008 г.
Метод полифазной таксономии был успешно реализован для уточнения систематического положения грибов подрода Pénicillium, выщеленных из различных малоизученных и новых местообитаний. Для штаммов, синтезирующих соответствующие маркерные вторичные метаболиты, предложено изменить видовое наименование.
Ключевые слова: микроскопические грибы, Pénicillium, таксономия, биосинтез, вторичные метаболиты, видоспецифичность.
Грибы подрода Pénicillium являются одними из наиболее распространенных и одновременно наиболее трудных объектов для видовой идентификации традиционными микробиологическими методами.
Общепринятая идентификация пенициллов по микро- и макроморфологическим признакам [1] часто не дает однозначных результатов, особенно для изолятов, выделенных из антропогенно нарушенных и экстремальных местообитаний [2-4]. Надежность отнесения пенициллов к определенному виду представляет интерес из-за наличия сведений о видо-специфичной продукции различных биологически активных веществ, в том числе алкалоидов, антибиотиков, микотоксинов и аллергенов [5].
Успехи современной биологии создают предпосылки для появления новых схем, учитывающих более широкий круг признаков. В настоящее время предложена новая полифазная таксономия пенициллов подрода Pénicillium, в которой наряду с микро- и макроморфологическими признаками используются профили вторичных метаболитов [6]. Хемотаксономия основывается на эмпирическом наблюдении существования общих физиологических и биохимических характеристик у филогенетически родственных организмов. Потенциальная и фактическая продукция вторичных метаболитов является составной частью физиолого-биохимической идентификации. Для продукции некоторых вторичных метаболитов показан конститутивный метаболический механизм, поэтому от определенных таксонов можно ожидать биосинтеза маркерных метаболитов [6, 7].
Цель работы - использование спектра низкомолекулярных вторичных метаболитов, продуцируе-
1 Адресат для корреспонденции (e-mail: Kozlovski@ibpm. pushchino.ru).
мых грибами подрода Pénicillium, в полифазной таксономии для видовой идентификации штаммов, выделенных из разнообразных местообитаний различных климатических зон, а также из малоизученных и новых мест обитания грибов - много-летнемерзлых грунтов и орбитального комплекса "Мир".
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Было исследовано 44 штамма грибов подрода Pénicillium, отнесенным по микро- и макроморфо-логическим признакам к видам P. aurantiogriséum Dierckx, P. brévicompactum Dierckx, P. chrysogénum Thom, P. éxpansum Link , P. palitans Westling, P. vérru-cosum Dierckx. Штаммы были получены из Всероссийской коллекции микроорганизмов ИБФМ РАН (ВКМ) [8, 9], коллекции кафедры биологии почв факультета Почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова (КБП) [2] и коллекции ГНЦ РФ Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП) [10]. Номера штаммов, их видовая принадлежность и место выделения соответствуют коллекционным и представлены в таблице. Штаммы культивировали глубинным способом на минеральной среде Абе, содержащей в качестве источников углерода янтарную кислоту и маннит. Выделение метаболитов, их очистка и идентификация описаны в работах [2-4, 11-15].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Используемые в работе в качестве стандартных образцов вторичные метаболиты, относились к 20 биосинтетическим семействам, известным для грибов рода Pénicillium. Индолсодержащие соединения, происходящие из триптофана, составляли мно-
Результаты полифазной таксономии изученных штаммов
Первоначальное название вида и диагностические метаболиты [6] Штамм Источник выделения Обнаруженные вторичные метаболиты Предлагаемое видовое название
P. auratiogriseum Dierckx (анацин, аурантин) ВКМ FW-738 Многолетнемерзлый грунт, возраст 30 тыс. лет, Антарктида Рокефортины C и Д P. melanoconidium (Frisvad) Frisvad & Samson comb. nov., 2004
ВКМ FW-741 » » »
ВКМ FW-766 Многолетнемерзлый грунт, возраст 3 млн. лет, Колымская низменность, РФ » »
КБП № 3 Городская среда, г. Москва, РФ Триптафанилтрипта-фанилдикетопипера-зин Подрод Furcatum
P. brevicompactum Dierckx (бревианамид А, микофе-ноловая кислота) ВКМ FW-725 Многолетнемерзлый грунт, возраст 20-30 млн. лет, Колымская низменность, РФ Микофеноловая кислота P. bialowiezense Zaleski
ВКМ FW-791 Многолетнемерзлый грунт, Антарктида » »
P. verrucosum Dierckx (охратоксин А, цитринин) ВКМ FW-875 Вода-взвесь, возраст 100-120 тыс. лет, Колымская низменность, РФ Охратоксины А и Б P. verrucosum Dierckx
ВКМ FW-877 » » »
ВКМ FW-878 » » »
ВКМ FW-907 Вода-криопэг, Колымская низменность, РФ » »
ВКМ FW-908 » » »
P. palitans Westling (фумигаклавины А и Б, ВКМ FW-657 Многолетнемерзлый грунт, возраст 170 млн. лет, Канада Фумигаклавины А и Б, фестуклавин P. palitans Westling
ЦПК) ВКМ FW-667 » » P. palitans Westling
ВКМ FW-690 Многолетнемерзлый грунт, возраст 100 млн. лет, Колымская низменность, РФ » P. palitans Westling
ВКМ FW-704 Многолетнемерзлый грунт, возраст 200-600 млн. лет, Колымская низменность, РФ » P. palitans Westling
ВКМ FW-747 » » P. palitans Westling
ВКМ FW-794 » » P. palitans Westling
P. chrysogenum Thom (пенициллины, рокефор- КБП № 4 Городская среда, г. Москва, РФ » P. palitans Westling
тин С, мелеагрин, ксанто-циллины, PR-токсин) ВКМ F-227 Почва, Ленинградская обл., РФ Рокефортины С и Д, мелеагрин, гландико-лины А и Б P. chrysogenum Thom
ВКМ F-316 Почва, Киргизия Не обнаружены P. dipodomyis Frisvad, Filtenborg, Wicklow или P. nalgiovense Laxa
ВКМ F-692 Почва, Волгоградская обл., РФ Рокефортины С и Д, мелеагрин, гландико-лины А и Б P. chrysogenum Thom
ВКМ F-1078 Почва, Ирна, г. Дамаск, Сирия Рокефортины С и Д, мелеагрин, 16-№этил-рокефортин, изоругу-лозувин P. chrysogenum Thom
Таблица. Окончание
Первоначальное название вида и диагностические метаболиты [6] Штамм Источник выделения Обнаруженные вторичные метаболиты Предлагаемое видовое название
P. chrysogenum Thom ВКМ F-1987 Почва примитивная, Рокефортины С и Д, P. chrysogenum Thom
(пенициллины, рокефор- Восточный Памир, 16-К-этилрокефортин,
тин С, мелеагрин, ксанто- Таджикистан гландиколины А и Б
циллины, PR-токсин) КБП № 105 Почвы примитивные, Памир, Киргизия » P. chrysogenum Thom
ВКМ FW-621 не обнаружены P. dipodomyis Frisvad, Filtenborg, Wicklow или P. nalgiovense Laxa
ВКМ FW-721 » » »
ВКМ FW-778 Многолетнемерзлый грунт, возраст 5-10 тыс. лет, Колымская низменность, РФ » »
ВКМ FW-799 Многолетнемерзлый грунт, возраст 1.8-3.0 млн. лет, Колымская низменность, РФ » »
ИМБП 1-3 Орбитальная станция "Мир" Рокефортин С, мелеагрин, К-ацетилтриптамин P. chrysogenum Thom
ИМБП 1-4 » » P. chrysogenum Thom
ИМБП 1-5 » Ксантоциллин X, квестиомицин А P. chrysogenum Thom
ИМБП 1-6 » » P. chrysogenum Thom
P. expansum Link (пату- ИМБП 2-2 » Ругулозувин Б, изору- P. polonicum Zaleski
лин, цитринин, рокефор- гулозувин, виридика-
тин С) тин, виридикатол
ИМБП 2-3 » Ругулозувин Б, изоругулозувин P. polonicum Zaleski
ИМБП 2-4 » Рокефортины С и Д, мелеагрин P. chrysogenum
ИМБП 2-5 » Рокефортин С, мелеагрин P. chrysogenum Thom
ИМБП 2-6 » Изоругулозувин, К-ацетилтриптамин P. polonicum Zaleski
ИМБП 2-7 » Изоругулозувин, ксантоциллин X, квестиомицин А P. polonicum Zaleski
гочисленную группу метаболитов разнообразных структур - триптамины и их производные (индо-лилуксусная кислота, К-ацетилтриптамин), эргоал-калоиды клавинового ряда с полным кольцом Д (4-диметилаллилтриптофан, ханоклавины, агро-клавин-1, сетоклавин, пироклавин, фестуклавин, элимоклавин, костаклавин, эпикостаклавин, фумигаклавины А и Б, изофумигаклавины А и Б, эпок-сиагроклавин-1) и с модифицированным кольцом Д (ругуловазины, клавиципитиковая кислота, цикло-пиазоновые кислоты), производные триптофана с дикетопиперазиновой структурой (бревианамиды, рокефортины, феллутанины, пуберулины, верру-
козины). Другой группой свидетелей были бензоди-азепиновые алкалоиды (циклопенины), хинолино-вые алкалоиды (виридикатолы, хиноцитринины) и метаболиты поликетидной природы (гризеофуль-вины, микофеноловая кислота, патулины, пеницил-ловая кислота, PR-токсин, цитринины). Следует отметить, что обнаруженные у грибов соединения могут являться продуктами главной или боковой биосинтетических ветвей, а также отдаленными предшественниками метаболических путей.
Спектр вторичных метаболитов, продуцируемых тремя штаммами-реликтами, отнесенными по микро- и макроморфологическим признакам к виду
P. aurantiagriséum [3], состоял из метаболитов роке-фортинового семейства - рокефортина С и Д (таблица). У современных изолятов вида P. aurantiо-griséum в качестве однозначных хемотаксономиче-ских маркеров выступают бензодиазепиновые алкалоиды анацин и аурантин [6]. Продукция алкалоидов рокефортинового семейства характерна для других видов подрода Pénicillium [6]. Обнаруженное несоответствие между видовой принадлежности штаммов-реликтов и продуцируемых ими метаболитов можно объяснить трудностями и потому неточностью видовой идентификации изолятов, выделенных из дли-тельномерзлых отложений. Из видов, продуцирующих метаболиты рокефортинового семейства, ближе всего по морфологическим признакам к виду P. aurantiogriséum расположен новый вид - P. méla-noconidium (Frisvad) Frisvad & Samson comb. nov. (2004), рассматриваемый ранее как вариант P. aurantiogriséum - P. aurantiogriséum var. mélano-conidium Frisvad (1989) [6]. На основании спектра вторичных метаболитов штаммы ВКМ FW-738, FW-741, FW-766, можно отнести к виду P. mélano-conidium.
Вторичный метаболит P. aurantiogriséum КБП № 3, выделенного из городской среды, также не соответствовал видовым маркерам. Штамм синтезировал триптофанилтриптофанилдикетопиперазин (феллутанин А) [2], ранее обнаруженный только
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.