научная статья по теме ВТОРИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ В ТАКСОНОМИИ ГРИБОВ РОДА PENICILLIUM Биология

Текст научной статьи на тему «ВТОРИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ В ТАКСОНОМИИ ГРИБОВ РОДА PENICILLIUM»

МИКРОБИОЛОГИЯ, 2010, том 79, № 3, с. 291-300

= ОБЗОР

УДК 582.282.123.2.57.063.7:547.94(047)

ВТОРИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ В ТАКСОНОМИИ

ГРИБОВ РОДА PENICILLIUM © 2010 г. В. П. Желифонова, Т. В. Антипова, А. Г. Козловский1

Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и физиологии микроорганизмов

им. Г.К. Скрябина РАН, Пущино Поступила в редакцию 02.06.2009 г.

Установлена корреляция между видоспецифичностью и синтезом определенных групп вторичных метаболитов грибов рода Pénicillium. Штаммы подрода Aspergilloides, как правило, синтезируют метаболиты поликетидной природы. Большинство штаммов, отнесенных к подроду Furcatum, продуцируют клавиновые эргоалкалоиды и разнообразные метаболиты дикетопиперазиновой природы. Из клавиновых эргоалкалоидов штаммы подрода Biverticillium продуцируют только ругуловазины, а из дикетопиперазиновых алкалоидов — ругулозувины. На основе маркерных вторичных метаболитов, продуцируемых грибами подрода Penicillium, выделенными из многолетнемерзлых грунтов, орбитального комплекса "Мир" и мест, подвергавшихся антропогенной нагрузке, были уточнены видовые наименования штаммов. Сделаны предложения по изменению таксономического положения отдельных штаммов грибов рода Penicillium.

Ключевые слова: микроскопические грибы, подроды А^рещ1Ыёе8, РыгсаШт, БпегПсИНит, РетсШшш, биосинтез вторичных метаболитов.

ВВЕДЕНИЕ

Грибы рода Penicillium являются наиболее распространенными и, одновременно, наиболее трудными объектами для видовой идентификации традиционными микробиологическими методами. Общепринятая идентификация пенициллов по микро-и макроморфологическим признакам [1] часто не дает однозначных результатов, особенно для изо-лятов, выделенных из антропогенно нарушенных и малоизученных экстремальных местообитаний. Надежность отнесения пенициллов к определенному виду представляет интерес из-за наличия сведений о видоспецифичной продукции различных биологически активных веществ, в том числе алкалоидов, антибиотиков, микотоксинов и аллергенов [2].

Успехи современной биологии создают предпосылки для появления новых схем, учитывающих более широкий круг признаков. В настоящее время предложена новая полифазная таксономия грибов подрода Penicillium, в которой, наряду с микро- и макроморфологическими признаками, используются профили вторичных метаболитов [3]. Фенотипическая концепция видов — каждый вид является гомогенным, и отчетливый феноти-пический кластер занимает место на большой дистанции от других кластеров. Виды, следующие по этому пути, показывают соответствие по дру-

1 Адресат для корреспонденции (e-mail: Kozlovski@ ibpm.pushchino.ru).

гим видовым концепциям, основанным на экологии и филогении. Хемотаксономия основывается на эмпирическом наблюдении общих физиологических и биохимических характеристик у филогенетически родственных организмов. Потенциальная и фактическая продукция вторичных метаболитов является составной частью фи-зиолого-биохимической идентификации [4]. Для продукции некоторых метаболитов показан конститутивный метаболический механизм, поэтому от определенных таксонов можно ожидать биосинтеза маркерных метаболитов [3]. Примененные Самсоном и Фрисвадом критерии в таксономии грибов подрода РетсШшш — комбинация микро- и макроморфологических признаков, некоторые физиологические характеристики и спектр вторичных метаболитов — позволили создать наиболее адекватную в настоящее время таксономию этих грибов.

В последние годы в ИБФМ РАН проводятся исследования по скринингу продуцентов вторичных метаболитов — потенциальных биологически активных соединений, среди штаммов различных подро-дов рода РетсШшш [5—24], полученных из Всероссийской коллекции микроорганизмов ИБФМ РАН (ВКМ), из Коллекции кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова (КБП) и коллекции Института медико-биологических проблем РАН ГНЦ РФ (ИМБП). Найдены новые продуценты как уже известных, так и новых вторичных метаболитов, изучены особен-

ности их биосинтеза. Создан достаточно объемный банк данных, охватывающий около ста штаммов-продуцентов и десятки синтезируемых ими веществ. Среди разнообразных метаболитов, синтезируемых грибами рода Penicillium, особый интерес представляет большая группа соединений, многие из которых относятся к биологически активным веществам, таким, как эргоалкалоиды, дикетопипе-разины и хинолиновые алкалоиды, биогенетически связанные с шикиматным путем биосинтеза аминокислот и, особенно, с ветвью к антранилату и к триптофану.

Целью настоящего обзора является обобщение полученных ранее данных, касающихся профилей азотсодержащих и других вторичных метаболитов у грибов различных подродов рода Penicillium, и анализ возможности их использования для уточнения таксономического положения грибов.

ВТОРИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ

ГРИБОВ РОДА PENICILLIUM

Продуцируемые грибами рода Penicillium вторичные метаболиты имеют разнообразные структуры и синтезируются по различным биосинтетическим путям (таблица). Многочисленная группа идентифицированных метаболитов представляет собой азотсодержащие вещества, большинство из которых являются индольными соединениями, биогенетически происходящими из триптофана. Структурному разнообразию этих алкалоидов способствует нуклеофильная природа индольного кольца, где каждая позиция гетероциклического ядра подвержена электрофильной атаке [25]. У пе-нициллов встречаются простые производные триптофана — это триптамины и их производные (индо-лил-3-уксусная кислота, N-ацетилтриптамин).

Пенициллы продуцируют разнообразные по структуре эргоалкалоиды клавинового ряда, структурной особенностью которых является наличие тетрациклического эрголинового ядра, кольцо D которого у некоторых метаболитов может быть модифицировано. Эрголиновая структура образуется из триптофана и мевалоновой кислоты. Впервые клавиновые алкалоиды были обнаружены Абе у грибов рода Claviceps в 1951 г. [26]. Способность пе-нициллов синтезировать метаболиты этой группы установлена относительно недавно [27]. Большое разнообразие клавиновых алкалоидов обусловлено множеством возможностей структурных модификаций кольца D. Эти соединения могут иметь двойную связь в различных положениях кольца и отличаться радикалами заместителей. Для них характерно наличие нескольких ассиметричных атомов углерода и соответствующих изомеров, включая пространственные. Клавиновые алкалоиды, синтезируемые пенициллами, можно разделить на три группы. В первую входят производные 6-^ме-тилэрголина, такие как фестуклавин, эпикостакла-

вин, костаклавин, фумигаклавины и изофумига-клавины А и Б с полностью насыщенным кольцом D. Ко второй группе можно отнести эрголены с двойной связью в положении 8, 9 — агроклавин, аг-роклавин-1, ханоклавин-1, ханоклавин-Ш, изохано-клавин-1; в порядке исключения в число этих соединений можно включить также эпоксиагроклавин-1. И, наконец, третья группа — клавиновые алкалоиды с модифицированными кольцами С или D: ругуло-вазины А и Б, аурантиоклавин, 6-М-этилауран-тиоклавин, а-циклопиазоновая кислота (ЦПК) и имин а-ЦПК.

К следующей группе синтезируемых пенициллами вторичных метаболитов относятся циклические пептиды, состоящие из остатков двух аминокислот и мевалоновой кислоты. Для этих соединений характерно наличие дикетопиперазинового ядра. Основными предшественниками алкалоидов являются триптофан, другие аминокислоты и мевалоновая кислота (источник пятиуглеродных единиц). Конденсация триптофана, гистидина и мевалоновой кислоты приводит к биосинтезу алкалоидов группы рокефортина (рокефортин, 3,12-дигидророкефортин, гландиколины А и Б, мелеагрин, оксалин). Триптофан и мевалоновая кислота являются также предшественниками ди-кетопиперазиновых алкалоидов феллутанинов и изофеллутанинов. По такой же схеме из триптофана, пролина и одной или более молекул мева-лоновой кислоты образуются бревианамиды А и Б и новые алкалоиды пискаринины А и Б. К дике-топиперазиновым алкалоидам, предшественниками которых являются триптофан и лейцин, относятся лейцилтриптофанилдикетопиперазин и вер-рукозин. Соединения, образованные из остатков триптофана и фенилаланина, представлены такими алкалоидами как ругулозувин, изоругулозу-вин, пуберулин (=ругулозувин А), пуберулин А (=ругулозувин Б). Если в начале биосинтетической цепочки вместо триптофана находится ан-траниловая кислота, то в результате метаболических процессов образуются бензодиазепиновые алкалоиды (циклопептин, циклопенин и цикло-пенол) и хинолиновые соединения (виридика-тин, виридикатол и хиноцитринины А и Б).

Среди метаболитов исследованных штаммов пенициллов обнаружены вещества поликетидной природы: гризеофульвин, охратоксин А и Б, ми-кофеноловая кислота, патулин, цитринин, цик-лоцитринол.

ПОДРОД ASPERGILLOIDES

У 12 штаммов видов Р. decumbens, Р. glabrum, Р. к-strictum, выделенных из антропогенно нарушенных и многолетнемерзлых грунтов, обнаружены соединения, не дающие окраску с реактивами Драгендорфа и Эрлиха, и, следовательно, не содержащие азот в структурах [5]. Отсутствие про-

Видовое распространение вторичных метаболитов у пенициллов, относящихся к различным подродам

Метаболиты

Биосинтетические предшественники

Подроды

Aspergilloides Dierckx

Furcatum Pitt

Biverticillium Dierckx

Penicillium [32]

N-ацетилтрипта-мин

Индолил-3-ук-сусная кислота

Ханоклавин-I,

костаклавин,

эпикостаклавин

Фестуклавин, фу-мигаклавины А и Б

Ханоклавин-Ш,

изоханоклавин-I,

агроклавин-I,

эпоксиагрокла-

вин-I

Ругуловазины А и Б, хлорругулова-зины А и Б

Аурантиоклавин,

6-N-этилауран-

тиоклавин

а- и ß-ЦПК, имин-ЦПК

Бревианамиды А и Б

Пискаринины А и Б

Рокефортин, ди-гидророкефор-тин, мелеагрин, оксалин, гланди-колин А и Б

Триптофан

Триптофан

Триптофан, мева-лоновая кислота

Триптофан, мева-лоновая кислота, хлор

Триптофан, мева-лоновая кислота

Триптофан, мева-лоновая кислота, ацетоацетил

Триптофан, про-лин, мевалоновая кислота

Триптофан, гисти-дин, мевалоновая кислота

P. spinulosum КПБ № 15 [5]

P. vulpinum ВКМ F-258 [19]

P. citrinum ВКМ F-1069,F-1079 [7];

P. melinii ВКМ F-1070 [15]; P. janczewskii ВКМ F-685, F-2377 [16]

P. citrinum ВКМ FW-800 [8]; P. co

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»